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"PERFECTIONNEMENTS AUX ACIERS SPECIAUX"
Cette invention est relative aux aciers et vise plus particulièrement à améliorer ceux des aciers dits "spé- ciaux", quoique l'invention ne soit pas nécessairement limitée aux aciers spéciaux.
L'objet principal de l'invention est d'améliorer la facilité d'usinage des aciers spéciaux. Un autre but est de communiquer aux aciers spéciaux une résistance de frotte- ment ou des coefficients de frottement moindres que ceux que possèdent les autres.aciers dont la composition est analogue mais qui ne contiennent pas de plomb.
, Jusqu'à ce jour, la pratique à laquelle on a eu' le plus couramment recours en vue d'améliorer la facilité
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avec laquelle les aciers se laissent usiner résidait dans l'addition de soufre à l'acier. Par exemple, certains aciers dits "à coupe libre" sont bien connus dans l'industrie de l'acier. L'association "Society of Automotive Engineers" a reconnu cette classe d'aciers spéciaux et a établi des spé- cifications normales pour leur composition chimique. Le sé- lénium est quelquefois utilisé, quoique le coût de cet élément soit quelque peu prohibitif.
Normalement, lorsque le soufre ou le sélénium sont utilisés pour améliorer la facilité d'usi- nage de l'acier, on les introduit en quantités telles qu'elles assurent l'obtention d'un acier fini contenant plus de 0,05% de l'un ou l'autre de ces éléments; ou bien, si ces éléments sont tous deux utilisés, on en exige habituellement un total supérieur à 0,05%.
On avait déjà proposé d'incorporer de 0,5 à 2% de plomb à un alliage ferreux contenant de 15 à 30% de chrome en vue de réduire la grosseur des grains et leurs li- mites et d'empêcher le développement du grain lorsque les allia- ges sont appelés à être soumis à des températures relative- ment élevées et à un refroidissement subséquent, et en vue de rendre l'alliage plus facile à travailler et plus apte à résister à la corrosion. Toutefois, on ne semble pas avoir pensé qu'il est possible d'améliorer la facilité d'usinage des aciers spéciaux par l'addition de plomb.
L'invention envisage l'application de faibles pour- centages de plob dans les aciers spéciaux. Elle envisage l'application de 0,03 à 1% de plomb, bien que des aciers con- tenant de 0,03 à 0,5% de plomb soient préférés. Elle réside en outre dans le fait que le plomb est introduit dans les
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aciers de telle manière que ceux-ci le retiennent principale- ment sous une forme infra-microscopique et à l'état compara- tivement uniformément dispersé dans toutes les parties de l'acier.
L'invention est applicable aux aciers dits "au nickel" qui peuvent contenir 0,1 à 0,6% de carbone, 0,1 à 1% de manganèse, des traces à 0,5% de silicium, des traces à 0,05% de phosphore, des traces à 0,06% de soufre et 0,4 à 6% de nickel. Elle est aussi applicable aux aciers au "nickel- chrome" qui peuvent contenir 0,1 à 0,6% de carbone, 0,1 à 1% de manganèse, des traces à 0,5% de silicium, des traces à 0,05% de phosphore, des traces à 0,06% de soufre, 1 à 4% de nickel et 0,4 à 2% de chrome.
De même elle est applicable aux aciers au"molybdène" qui peuvent contenir 0,1 à 0,6% de car- bone, 0,1 à 1% de manganèse, des traces à 0,5% de silicium, des traces à 0,05% de phosphore, des traces à 0,06% de soufré, des traces à 1,25% de chrome, des traces à 4% de nickel et 0,1 à 0,5% de molybdène.
L'invention est aussi applicable aux aciers au "chrome" qui peuvent contenir 0,1 à 1,1% de carbone, 0,1 à 1% de manganèse, des traces à 0,5% de silicium, des traces à 0,05% de phosphore, des traces à 0,06% de soufre et 0,25 à 2% de chrome. Elle est aussi applicable aux aciers au "chrome- vanadium qui peuvent contenir 0,1 à 1% de carbone, 0,1 à 1% de manganèse, des traces à 0,.5% de silicium, des traces à 0,05% de phosphore, des traces à 0,06% de soufre, 0,5 à
1,5% de chrome et 0,1 à 0,3% de vanadium. De même, elle s'applique aux aciers au "manganèse" qui peuvent contenir 0,1 à 0,6% de carbone, 1,25 à 2% de manganèse, des traces à
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0,5% de silicium, des traces à 0,05% de phosphore et des traces à 0,06% de soufre.
Dans la mise en pratique de l'invention, le plomb a été ajouté à l'acier par divers procédés qui seront exposés avec plus de détail ci-après. On se contentera d'ob- ' server pour l'instant qu'il semble important que le plomb soit ajouté à l'acier à l'état subdivisé et dans des con- ditions qui assurent une agitation considérable de l'acier.
Par exemple, le plomb a été dispersé d'une façon satisfaisan- te dans toutes les parties de l'acier par son introduction dans l'acier fondu contenu dans un creuset situé dans un four à induction à haute fréquence, qui occasionne naturel- lement une agitation de l'acier. On l'a aussi dispersé d'une façon satisfaisante dans toutes les parties de l'acier en l'introduisant dans des lingotières pendant la coulée et, de préférence, en commençant cette introduction du plomb dans les premiers stades du remplissage de la lingotière. Il est aussi important que le plomb soit introduit en quantités suffisantes pour assurer la retenue de la quantité désirée dans l'acier.
Par exemple, les essais de la demanderesse ont montré que, par l'introduction de pourcentages de plomb voisins de 1% du poids de l'acier, on peut obtenir, dans des conditions favorables, environ 0,5 à 0,7% de plomb dans l'acier fini.
On a découvert que les aciers spéciaux contenant 0,03 à 1% de plomb se laissent usiner plus facilement sous divers états de traitement thermique et tels qu'ils sont obtenus par le laminage à chaud. On entend par là que des aciers spéciaux ayant une composition chimique donnée,
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abstraction faite du plomb, et ayant été traités thermique- ment de façon qu'ils possèdent la même résistance mécanique et la même dureté sont plus faciles à usiner et peuvent être usinés à un taux plus rapide lorsqu'ils contiennent 0,03 à 1% de plomb que lorsqu'ils ne contiennent pas cet élément.
On a aussi découvert que, parmi des aciers ayant essentielle-' ment la même'composition chimique, à l'exception de la teneur en plomb, ceux qui contiennent du plomb peuvent être usinés plus facilement dans des conditions industrielles et écono- miques, alors qu'ils ont une dureté et une résistance méca- nique plus grandes, que lorsque le plomb est absent.
L'expérience a démontré que le fait d'ajouter du plomb à ces aciers spéciaux entre les limites indiquées plus haut n'a pas d'effet nuisible sur les caractéristiques de forgeage et de laminage; que ces aciers peuvent être traités thermiquement par les méthodes habituelles; que les aciers résultant de ce traitement thermique possèdent essentielle- ment les mêmes propriétés mécaniques, telles que limite d'élasticité, charge de rupture, allongement, réduction des arcs, résistance au choc et dureté, que les mêmes aciers dépourvus de plomb:
Comme indiqué plus haut, l'incorporation du plomb aux aciers en vue de rendre leur usinage plus facile est ap- plicable à des aciers de différentes teneurs en carbone.
Ceci a par exemple été démontré pour les aciers ordinaires, dont la teneur en carbone est comprise entre environ 0,15 et 0,88%, tous les aciers de ce genre ayant été éprouvés à l'état normalisé. Ces aciers ont été soumis à des essais de détermination de la propriété d'usinage, basés sur des opéra-
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tions de sciage, essais dans lesquels les présents aciers et les aciers de la même composition mais dépourvus de plomb ont été comparés avec un acier du type "S.A.E. 1020". Dans l'exécution des essais de sciage, une comparaison a été faite - entre le temps nécessaire pour tronçonner des barres faites d'aciers S.A.E. 1020 dont certains ne contenaient pas de plomb et d'autres étaient des aciers suivant l'invention.
En divi- sant le temps moyen nécessaire pour tronçonner les barres des présents aciers par le temps nécessaire pour tronçonner les barres de l'acier normal C.A.E. 1020, on a obtenu un rap- port qu'on a appelé "indice de sciabilité". Le tableau I indique quelques résultats de ces essais.
EMI6.1
?a1BLLlU 1 - COI;.1-G;;IfICIda :W INDICES DE âdTliITT1'E ILLUdJ.::T L'EFFET DU FLOId3 3Uh DES ACIERS E,{P1EII\HDi'T'.I:1"UX..
PAUVRES EN SOUFRE
EMI6.2
<tb> Acier <SEP> Composition <SEP> Traite- <SEP> Dureté <SEP> Indi-
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<tb> normal <SEP> sciabilité
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<tb>
<tb>
<tb> 3494 <SEP> 0,15 <SEP> 0,54 <SEP> 0,024 <SEP> 0,025 <SEP> 0,09 <SEP> 871 <SEP> 114 <SEP> 0,92
<tb>
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<tb> 3495 <SEP> 0,17 <SEP> 0,85 <SEP> 0,025 <SEP> 0,025 <SEP> 0,114 <SEP> 0,07 <SEP> 871 <SEP> 121 <SEP> 0,73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3496 <SEP> 0,47 <SEP> 0,74 <SEP> 0,027 <SEP> 0,025 <SEP> 0,088 <SEP> 815 <SEP> 179 <SEP> 0,68
<tb>
EMI6.5
5,'P)? 0,46 0,80 0,024 0,025 0,170 0,197 815- 179 0,51
EMI6.6
<tb> 3498 <SEP> 0,88 <SEP> 0,74 <SEP> 0,022 <SEP> 0,024 <SEP> 0,164 <SEP> 7870 <SEP> 269 <SEP> 0,72
<tb>
<tb> 3499 <SEP> 0,88 <SEP> 0,82 <SEP> 0,023 <SEP> 0,025 <SEP> 0,152 <SEP> 0,
183 <SEP> 787 <SEP> 277 <SEP> 0,56
<tb>
On remarquera que les indices de sciabilité des aciers au plomb Nos 3495, 3497 et 3499 sont nettement inférieurs à ceux de l'acier Je comparaison ayant essentiellement la même composition chimique mais ne contenant pas de plomb. Ces améliorations marquées apportées à la propriété d'usinage ont
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été effectuées par des teneurs en plomb inférieures à 0,2% et pour des aciers ayant des duretés comprises entre environ 120 et environ 270 sur l'échelle Brinell.
L'effet avantageux, sur la propriété d'usinage des, aciers spéciaux, qui résulte de la mise en pratique de cette invention est mis en évidence par les données du tableau II dans lequel on a utilisé un acier spécial contenant les éléments d'alliage spéciaux chrome, nickel et molybdène et dans lequel on a utilisé cet acier avec ou sans addition de plomb. Cet acier est assez voisin des compositions des aciers S.A.E. dési- gnées par S.A.E 4340 et X-4340.
Les résultats des essais de sciabilité de ces aciers spéciaux sont ceux qu'on a obtenus après avoir soumis les éprouvettes à deux traitements thermiques du genre.de ceux qui seraient appliqués normalement dans la pratique. Dans le premier traitement thermique, les échantillons ont été chauffés à 815 , trempés dans de l'huile, puis revenus à 538 , ce qui a donné une'dureté Brinell de 341. Dans le second traitement thermique, les échantillons ont été recuits à 815 , puis re- venus à 677 , ce qui a donné une dureté Brinell de 210. Les essais de sciabilité montrent d'une manière concluante que les échantillons contenant du plomb étaient plus faciles à usiner.
Par exemple, lorsque ces aciers ont donné une dureté Brinell de 341, le temps nécessaire pour tronçonner les barres des dits aciers ne contenant pas de plomb a été environ 26% plus long. Lorsque les aciers ont donné une dureté Brinell de 210, le temps nécessaire pour tronçonner les barres des aciers ne contenant pas de plomb a été environ 16% plus long.
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Outre que les présents aciers ont accusé une plus grande facilité d'usinage dans les essais à la scie, ils rendent possible en général, d'augmenter à la fois la vitesse et l'avance dans les opérations d'usinage ordinaires. Il en résulte une économie supplémentaire dans le temps nécessaire pour exécuter une quantité de travail donnée ou, en d'autres termes, la production horaire par machine est augmentée.
TABLEAU II - EFFET DU PLOMB SUR LA FACILITE
D'USINAGE DES ACIERS AU Cr-Ni-Mo
EMI8.1
Dure-I ndi..
.AciEr C Mo. P S Si Cr Ni Mo Pb Traitez lq .....ent , scia¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯5e bilit6
EMI8.2
<tb> 3502 <SEP> 0,48 <SEP> 0,74 <SEP> 0,022 <SEP> 0,017 <SEP> 0,144 <SEP> 0,72 <SEP> 1,42 <SEP> 0,16 <SEP> - <SEP> Trempe <SEP> 341 <SEP> 0,73
<tb>
<tb> à <SEP> l'hui-
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<tb>
<tb> partir
<tb>
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<tb> Revenu
<tb> 538
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EMI8.3
3503 0,49, 0,77 0,024 0,015 0,13 0,75 1,84 CJ0,58 ditto 341 oe8
EMI8.4
<tb> 3502 <SEP> 0,48 <SEP> 0,74 <SEP> 0,022 <SEP> 0,017 <SEP> 0,144 <SEP> 0,72 <SEP> 1,420,16 <SEP> - <SEP> Recuit <SEP> 210 <SEP> 0,64
<tb>
<tb> à <SEP> 815
<tb>
<tb> Revenu
<tb> 6770
<tb>
EMI8.5
3503 0,49 0,77 0,024 0,15 v,13 0,75 1,84- 0,'J 0,7.58 ditto 210 0,5,r-
Dans la production des présents aciers spéciaux,
l'amenée du plomb en solution solide n'est pas subordonnée à des pourcentages élevés de chrome ou à la présence de molybdène, et l'invention peut être appliquée à des aciers spéciaux dans lesquels le chrome et le molybdène ne sont pas présents. En fait, la présente invention comprend l'introduc- tioh du plomb à des aciers ordinaires en vue de faciliter leur usinage.
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Dans la mise en pratique de l'invention, on utilise deux classes d'éléments d'alliage, à savoir les agents de renforcement de la-ferrite, .tels que nickel, cuivre, silicium et cobalt, et les agents de formation de carbures, tels que chrome, molybdène, tungstène et vanadium.-Le manganèse est aussi un élément d'alliage utile et on peut le considérer comme appartenant à l'une et l'autre des classes ci-dessus parce qu'il:agit à la fois de façon à renforcer la ferrite et à former des carbures, bien que son pouvoir de formation de carbures ne soit pas aussi élevé que celui des autres éléments de la s'econde classe.
Entre certaines limites, le phosphore est uh agent de renforcement de la ferrite et peut' être utilisé comme tel dans les aciers spéciaux, mais, en raison de certains effets nuisibles du phosphore, son emploi à titre'd'élément d'alliage est quelque peu limité. C'est ainsi que les aciers spéciaux qui se prêtent à une améliora- tion de leur facilité d'usinage par le présent procédé com- portent, à titre d'éléments d'alliage, des métaux choisis dans le groupe des agents renforçant la ferrite, des métaux du groupe des agents de formation de carbures, ou une com- binaison de métaux tirés des deux groupes. Par exemple, dans les aciers au nickel (S.A.E. 2000,2100, 2300 et 2500), le nickel est un agent de renforcement de la ferrite, bien qu'il joue d'autres rôles dans d'autres aciers spéciaux.
Dans l'acier au chrome (S.A.E. 5100), le chrome est un agent puissant de formation de carbures, bien qu'il joue d'autres rôles dans d'autres aciers spéciaux. Dans les aciers au nickel-chrome (S.A.E. 3100, 3200, 3300 et, 3400), on utilise à la fois un métal renforçant la ferrite et un métal de formation de carbures, et ces combinaisons procurent
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certains avantages. Dans l'acier au chrome-vanadium (S.A.E.
6100), deux métaux de formation de carbures sont utilisés.
Dans la composition indiquée dans le tableau II, on a utilisé un métal renforçant la ferrite et deux métaux donnant naissance à des carbures. Il a été démontré que, pour de nombreux usages et jusqu'à un certain degré, un agent ren- forçant la ferrite peut être substitué à un autre, demême qu'un agent donnant naissance aux carbures peut être substi- tué à un autre, sans que ceci modifie grandement les proprié- tés avantageuses de l'acier spécial résultant.
Le choix des agents de renforcement de la ferrite, des agents de formation de carbures ou des combinaisons de ces divers agents est subordonné en partie aux exigences de la fabrication et à l'usage que les aciers spéciaux sont appelés à recevoir. Le coût des éléments d'alliage est aussi un facteur à considérer. En temps que classe, les agents renforçant la ferrite sont utilisés pour augmenter la téna- cité et la facilité de travail à froid, alors que les agents de formation de carbures favorisent l'obtention d'une plus grande dureté et d'une plus grande résistance à l'usure.
Toutefois, il se peut que ces observations ne s'appliquent pas à toutes les compositions. Le principe général appliqué dans le choix d'éléments d'alliage destinés à la fabrication des aciers spéciaux consiste à utiliser une combinaison d'agents renforçant la ferrite et d'agents de formation de carbures qui esttelle que l'acier spécial résultant 'peut être considéré comme ayant une composition
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équilibrée et comme conférant à l'acier les caractéristiques et propriétés désirées.
L'invention est applicable à certains autres alliages ferreux spéciaux. Par exemple , on envisage l'ap- plication de 0,03 à 1 % de plomb dans un alliage contenant 0,07 à 0,25 % de carbone , 0,3 à 0,7 % de manganèse , des traces à 0,3 % de silicium, 0,1 à 0,15 % de phosphore , des traces à 0,06 % de soufre, 0,75 à 1,25 % de cuivre et 0,4 à 0,7 % de nickel. Quoique des alliages de ce type soient fréquemment utilisée dans des conditions qui n'exigent pas d'usinage , il se présente des cas où un usinage est désirable et un tel alliage contenant du plomb rentre dans le cadre de cette invention.
De nombreux aciers de compositions autres que ceux précédemment indiqués ont été fabriqués par la deman- deresse et quelques-uns de ces aciers sont spécifiés dans le tableau III.
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TABLEAU III - ACIERS SPECIAUX EXPERIMENTAUX
AVEC ET SANS PLOMB
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<tb> Acier <SEP> Composition <SEP> Chimique <SEP> - <SEP> Pour <SEP> cent
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<tb> N <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Pb <SEP> Cu
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<tb> 4222 <SEP> 0,12 <SEP> 0,64 <SEP> 0,26 <SEP> 0,027 <SEP> 0,014 <SEP> 3,45 <SEP> - <SEP> 0,01
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4223 <SEP> 0,17 <SEP> 0,66 <SEP> 0,28 <SEP> 0,027 <SEP> 0,014 <SEP> 3,49 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,17
<tb>
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<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4224 <SEP> 0,46 <SEP> 0,92 <SEP> 0,28 <SEP> 0,026 <SEP> 0,012 <SEP> 3,47 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4225 <SEP> 0,48 <SEP> 0,93 <SEP> 0,32 <SEP> 0,025 <SEP> 0,015 <SEP> 3,45 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4226 <SEP> 0,16 <SEP> 0,58 <SEP> 0,
24 <SEP> 0,022 <SEP> 0,011 <SEP> 1,25 <SEP> 0,65 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4227 <SEP> 0,16 <SEP> 0,60 <SEP> 0,26 <SEP> 0,025 <SEP> 0,010 <SEP> 1,25 <SEP> 0,65 <SEP> - <SEP> 0,14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 4228 <SEP> 0,45 <SEP> 0,83 <SEP> 0,29 <SEP> 0,027 <SEP> 0,012 <SEP> 1,24 <SEP> 0,66 <SEP> - <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4229 <SEP> 0,46 <SEP> 0,84 <SEP> 0,29 <SEP> 0,027 <SEP> 0,012 <SEP> 1,26 <SEP> 0,66 <SEP> - <SEP> 0,18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4230 <SEP> 0,30 <SEP> 0,75 <SEP> 0,19 <SEP> 0,028 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> 0,67 <SEP> 0,20 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4231 <SEP> 0,31 <SEP> 0,76 <SEP> 0,19 <SEP> 0,029 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> 0,64 <SEP> 0,19 <SEP> 0,12
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4232 <SEP> 0,20 <SEP> 0,53 <SEP> 0,14 <SEP> 0,023 <SEP> 0,013 <SEP> 1,75 <SEP> 0,65 <SEP> 0,32 <SEP> 0,
03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4233 <SEP> 0,20 <SEP> 0,54 <SEP> 0,13 <SEP> 0,023 <SEP> 0,012 <SEP> 1,75 <SEP> 0,64 <SEP> 0,33 <SEP> 0,11
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> 4234 <SEP> 0,41 <SEP> 0,74 <SEP> 0,22 <SEP> 0,023 <SEP> 0,013 <SEP> 1,75 <SEP> 0,65 <SEP> 0,35 <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4235 <SEP> 0,42 <SEP> 0,75 <SEP> 0,21 <SEP> 0,022 <SEP> 0,012 <SEP> 1,74 <SEP> 0,65 <SEP> 0,36 <SEP> 0,17
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<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> 4236 <SEP> 0,15 <SEP> 0,61 <SEP> 0,21 <SEP> 0,022 <SEP> 0,012 <SEP> 1,75 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP> 0,03
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<tb> 4237 <SEP> 0,16 <SEP> 0,64 <SEP> 0,20 <SEP> 0,025 <SEP> 0,012 <SEP> 1,72 <SEP> - <SEP> 0,24 <SEP> 0,18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 4238 <SEP> 0,40 <SEP> C,74 <SEP> 0,21 <SEP> 0,026 <SEP> 0,013 <SEP> 1,80- <SEP> 0,24 <SEP> 0,05
<tb>
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<tb> 4239 <SEP> 0,40 <SEP> U,75 <SEP> 0,
22 <SEP> 0,024 <SEP> 0,012 <SEP> 1,76 <SEP> - <SEP> 0,24 <SEP> 0,18
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 4240 <SEP> 0,19 <SEP> 0,56 <SEP> 0,20 <SEP> 0,024 <SEP> 0,010 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> - <SEP> 0,02
<tb>
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<tb> 4247 <SEP> 0,20 <SEP> 0,57 <SEP> 0,21 <SEP> 0,023 <SEP> 0,010 <SEP> - <SEP> 0,75 <SEP> - <SEP> 0,12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> 4252 <SEP> 0,51 <SEP> 0,85 <SEP> 0,21 <SEP> 0,030 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> 0,93 <SEP> - <SEP> 0,04
<tb>
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<tb> 4253 <SEP> 0,53 <SEP> 0,87 <SEP> 0,22 <SEP> 0,030 <SEP> 0,012 <SEP> - <SEP> 0,95 <SEP> - <SEP> 0,17
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<tb> 4244 <SEP> 0,14 <SEP> 0,57 <SEP> 0,21 <SEP> 0,025 <SEP> 0,009 <SEP> - <SEP> 0,91 <SEP> - <SEP> 0,18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4245 <SEP> 0,15 <SEP> 0,59 <SEP> 0,22 <SEP> u,026 <SEP> 0,011 <SEP> - <SEP> 0,91 <SEP> - <SEP> 0,18 <SEP> 0,
10
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4246 <SEP> 0,51 <SEP> 0,83 <SEP> 0,22 <SEP> 0,031 <SEP> 0,010 <SEP> - <SEP> 0,93 <SEP> - <SEP> 0,19 <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
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<tb> 4247 <SEP> 0,53 <SEP> 0,86 <SEP> 0,22 <SEP> 0,032 <SEP> 0,009 <SEP> - <SEP> 0,93 <SEP> - <SEP> 0,18 <SEP> 0,21
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<tb> 4248 <SEP> 0,30 <SEP> 1,77 <SEP> 0,23 <SEP> 0,032 <SEP> 0,015 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,03
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<tb> 4249 <SEP> 0,31 <SEP> 1,78 <SEP> 0,24 <SEP> 0,030 <SEP> 0,016 <SEP> - <SEP> 0,15
<tb>
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<tb> 4251 <SEP> 0,20 <SEP> 0,56 <SEP> 0,10 <SEP> 0,029 <SEP> 0,120 <SEP> 0,51 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,18 <SEP> 0,
98
<tb>
Ces aciers ont été préparés dans un four à inductbn
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à haute fréquence. On a alors coulé la moitié de l'acier dans une lingotière, puis, ajouté du plomb à l'état finement divisé au reste d'acier fondu contenu dans le four. Après un court intervalle de temps pendant lequel l'acier a été agité par le courant induit, on a versé l'acier au plomb dans une seconde lingotière. Les lingots résultants, pesant 22,6 kg, ont été forgés et convertis-en barres par laminage. La moitié environ de chaque lingot a ainsi été convertie en barres rondes de '25,4 mm de diamètre et l'autre moitié a été convertie en barres rondes de 19 mm de diamètre.
On n'a ob- servé aucune différence appréciable entre les aciers exempts de plomb et les aciers contenant du plomb dans les opérations de forgeage et de laminage. Les compositions indiquées dans le tableau III sont les résultats d'analyses chimiques des lingots. Les aciers du type spécifié.dans le tableau III rentrent aussi dans le cadre de cette invention.
Une autre démonstration du fait que les additions de plomb facilitent 1'usinage d'un acier spécial est fournie par les essais d'un acier contenant environ 1% de carbone, 0,9%'de manganèse, 0,3% de silicium,' 0,025%. de soufre, 0,025% de phosphore, 0,12% de molybdène et 0,18% de. plomb.
Cet acier a été converti par étirage en fils de'1,6 mm et 0,8 mm de diamètre et a été utilisé pour la fabrication de petites pièces d'horlogerie à l'aide de machines automatiques.
Les essais en usine ont montré que cet acier était plus facile à usiner que tous les aciers antérieurs qui ont été éprouvés. Les propriétés mécaniques de cet acier à base de plomb étaient excellentes, ce qui est démontré par le fait que le fil de 1,6 mm de diamètre accusait une charge de -
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rupLure de 118 kg par mm2 et une striction de 25%, alors que le fil de 0,8 mm de diamètre accusait une charge de rupture de 131 kg/mm2 et une striction de 15%. On a observé que cet acier de grande résistance mécanique était facile à usiner et supérieur à ce point de vue aux aciers semblables ne contenant pas de plomb.
L'invention est aussi applicable au type d'acier con- tenant des constituants dont le rôle est de régler la gros- seur du grain de l'acier. Ainsi, l'invention comprend l'in- corporation de 0,03 à 1 % de plomb à un acier contenant une proportion de carbone comprise entre un minimum effectif et 1,7%, conjointement avec des éléments renforçant la ferrite et (ou) des agents de formation de carbures, ainsi qu'un élément servant à l'affinage du grain, tel que l'aluminium ou le titane, présent à raison de 0,22 à 2,7 kg par tonne.
L'application du plomb aux aciers spéciaux en vue de faciliter leur usinage n'exige pas que la teneur en soufre de ces aciers soit élevée au-dessus des spécifications nor- males, quoique, pour certains usages, on puisse rendre l'usi- nage encore plus facile en augmentant légèrement la teneur en soufre. Ceci n'est toutefois admissible que pour certaines pièces dans lesquelles l'accroissement de la teneur en soufre n'a pas d'effet nuisible sur les propriétés mécani- ques ou dans lesquelles les propriétés mécaniques désirées peuvent être obtenues par un traitement thermique.
Il ressort de la description qui précède que l'invention confère certaines propriétés avantageuses im- portantes aux aciers spéciaux. En premier lieu, elle améliore d'une façon marquée la facilité avec laquelle les aciers
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spéciaux du type décrit se laissent usiner. Elle améliore en outre la structure du grain des aciers de ce genre. De , plus, ces aciers contenant du plomb possèdent une résistance de frottement ou des coefficients de frottement plus faibles que d'autres aciers ayant des compositions semblables mais ne contenant pas de plomb. D'autres avantages ont été mis' en évidence dans la description qui précède.
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"IMPROVEMENTS IN SPECIAL STEELS"
This invention relates to steels and aims more particularly to improve those of the so-called “special” steels, although the invention is not necessarily limited to special steels.
The main object of the invention is to improve the ease of machining special steels. Another object is to impart to special steels a lower frictional resistance or coefficients of friction than those possessed by other steels of similar composition but which do not contain lead.
, To date, the practice which has been most commonly used to improve the ease of
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with which steels can be machined resided in the addition of sulfur to the steel. For example, certain so-called "free-cutting" steels are well known in the steel industry. The Society of Automotive Engineers has recognized this class of special steels and established standard specifications for their chemical composition. Selenium is sometimes used, although the cost of this element is somewhat prohibitive.
Normally, when sulfur or selenium are used to improve the machinability of steel, they are introduced in such amounts as to provide a finished steel containing more than 0.05% of. one or the other of these elements; or, if both of these are used, a total of greater than 0.05% is usually required.
It had already been proposed to incorporate 0.5 to 2% lead in a ferrous alloy containing 15 to 30% chromium in order to reduce the size of the grains and their limits and to prevent the development of the grain when the alloys are called upon to be subjected to relatively high temperatures and subsequent cooling, and in order to make the alloy easier to work with and more apt to resist corrosion. However, it does not seem to have been thought that it is possible to improve the machinability of special steels by the addition of lead.
The invention contemplates the application of low percentages of plob in special steels. It contemplates the application of 0.03 to 1% lead, although steels containing 0.03 to 0.5% lead are preferred. It also resides in the fact that lead is introduced into the
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steels in such a way that these retain it mainly in an infra-microscopic form and in a comparatively uniformly dispersed state in all parts of the steel.
The invention is applicable to so-called "nickel" steels which may contain 0.1 to 0.6% of carbon, 0.1 to 1% of manganese, traces of 0.5% of silicon, traces of 0, 05% phosphorus, traces at 0.06% sulfur and 0.4-6% nickel. It is also applicable to "nickel-chromium" steels which may contain 0.1 to 0.6% of carbon, 0.1 to 1% of manganese, traces of 0.5% of silicon, traces of 0, 05% phosphorus, traces at 0.06% sulfur, 1 to 4% nickel and 0.4 to 2% chromium.
Likewise it is applicable to "molybdenum" steels which may contain 0.1 to 0.6% of carbon, 0.1 to 1% of manganese, traces of 0.5% of silicon, traces of 0. , 05% phosphorus, traces of 0.06% sulfur, traces of 1.25% chromium, traces of 4% nickel and 0.1 to 0.5% molybdenum.
The invention is also applicable to "chromium" steels which may contain 0.1 to 1.1% of carbon, 0.1 to 1% of manganese, traces of 0.5% of silicon, traces of 0, 05% phosphorus, traces at 0.06% sulfur and 0.25 to 2% chromium. It is also applicable to "chromium-vanadium steels which may contain 0.1 to 1% carbon, 0.1 to 1% manganese, traces of 0.5% silicon, traces of 0.05%. phosphorus, traces to 0.06% sulfur, 0.5 to
1.5% chromium and 0.1 to 0.3% vanadium. Likewise, it applies to "manganese" steels which may contain 0.1 to 0.6% carbon, 1.25 to 2% manganese, traces to
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0.5% silicon, traces of 0.05% phosphorus and traces of 0.06% sulfur.
In the practice of the invention, lead has been added to steel by various methods which will be discussed in more detail below. For the moment it will be satisfied to observe that it seems important that the lead be added to the steel in the subdivided state and under conditions which ensure considerable agitation of the steel.
For example, lead has been dispersed satisfactorily in all parts of the steel by its introduction into the molten steel contained in a crucible located in a high frequency induction furnace, which naturally causes stirring of steel. It has also been satisfactorily dispersed in all parts of the steel by introducing it into ingots during casting and, preferably, by starting this introduction of lead in the early stages of filling the ingot. It is also important that lead is introduced in sufficient quantities to ensure retention of the desired quantity in the steel.
For example, the applicant's tests have shown that, by introducing lead percentages close to 1% of the weight of the steel, it is possible to obtain, under favorable conditions, about 0.5 to 0.7% of lead in finished steel.
It has been found that special steels containing 0.03 to 1% lead are more easily machined under various heat treatment states and as obtained by hot rolling. This is understood to mean that special steels having a given chemical composition,
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apart from lead, and having been heat treated so that they have the same strength and hardness are easier to machine and can be machined at a faster rate when they contain 0.03 to 1% lead only when they do not contain this element.
It has also been found that, among steels having essentially the same chemical composition, except for the lead content, those which contain lead can be machined more easily under industrial and economical conditions, then. that they have greater hardness and mechanical resistance than when lead is absent.
Experience has shown that adding lead to these special steels within the limits given above does not adversely affect the forging and rolling characteristics; that these steels can be heat treated by the usual methods; that the steels resulting from this heat treatment have essentially the same mechanical properties, such as yield strength, breaking load, elongation, arc reduction, impact resistance and hardness, as the same steels devoid of lead:
As indicated above, the incorporation of lead into steels in order to make them easier to machine is applicable to steels of different carbon contents.
This has for example been demonstrated for ordinary steels, the carbon content of which is between about 0.15 and 0.88%, all steels of this type having been tested in the standardized state. These steels were subjected to tests to determine the machining property, based on operations.
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sawing operations, tests in which the present steels and steels of the same composition but free of lead were compared with a steel of the type "S.A.E. 1020". In carrying out the sawing tests, a comparison was made - between the time required to cut off bars made of S.A.E. 1020, some of which did not contain lead and others were steels according to the invention.
By dividing the average time required to cut the bars of the present steels by the time required to cut the bars of normal C.A.E. 1020, a report was obtained which was called the "sciability index". Table I shows some results of these tests.
EMI6.1
? a1BLLlU 1 - COI; .1-G ;; IfICIda: W INDICES OF âdTliITT1'E ILLUdJ.::T THE EFFECT OF FLOId3 3Uh OF STEELS E, {P1EII \ HDi'T'.I: 1 "UX ..
POOR SULFUR
EMI6.2
<tb> Steel <SEP> Composition <SEP> Treated- <SEP> Hardness <SEP> Indi-
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? C En P S Si Pb ment Bri # nce? E
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<tb> normal <SEP> sawability
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3494 <SEP> 0.15 <SEP> 0.54 <SEP> 0.024 <SEP> 0.025 <SEP> 0.09 <SEP> 871 <SEP> 114 <SEP> 0.92
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3495 <SEP> 0.17 <SEP> 0.85 <SEP> 0.025 <SEP> 0.025 <SEP> 0.114 <SEP> 0.07 <SEP> 871 <SEP> 121 <SEP> 0.73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3496 <SEP> 0.47 <SEP> 0.74 <SEP> 0.027 <SEP> 0.025 <SEP> 0.088 <SEP> 815 <SEP> 179 <SEP> 0.68
<tb>
EMI6.5
5, 'P)? 0.46 0.80 0.024 0.025 0.170 0.197 815- 179 0.51
EMI6.6
<tb> 3498 <SEP> 0.88 <SEP> 0.74 <SEP> 0.022 <SEP> 0.024 <SEP> 0.164 <SEP> 7870 <SEP> 269 <SEP> 0.72
<tb>
<tb> 3499 <SEP> 0.88 <SEP> 0.82 <SEP> 0.023 <SEP> 0.025 <SEP> 0.152 <SEP> 0,
183 <SEP> 787 <SEP> 277 <SEP> 0.56
<tb>
It will be noted that the sawability indices of lead steels Nos 3495, 3497 and 3499 are markedly lower than those of the comparison steel having essentially the same chemical composition but not containing lead. These marked improvements to the machining property have
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been carried out with lead contents of less than 0.2% and for steels having hardnesses between about 120 and about 270 on the Brinell scale.
The advantageous effect on the machining property of special steels which results from the practice of this invention is evidenced by the data of Table II in which a special steel containing the alloying elements was used. special chrome, nickel and molybdenum and in which this steel has been used with or without the addition of lead. This steel is quite similar to the compositions of S.A.E. designated by S.A.E 4340 and X-4340.
The results of the sawability tests of these special steels are those obtained after subjecting the test pieces to two heat treatments of the kind which would normally be applied in practice. In the first heat treatment, the samples were heated to 815, soaked in oil, and then returned to 538, which gave a Brinell hardness of 341. In the second heat treatment, the samples were annealed at 815 , then returned to 677, which gave a Brinell hardness of 210. The sawability tests conclusively show that the samples containing lead were easier to machine.
For example, when these steels gave a Brinell hardness of 341, the time required to cut the bars of the so-called lead-free steels was approximately 26% longer. When the steels gave a Brinell hardness of 210, the time required to cut the bars of steels not containing lead was approximately 16% longer.
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Besides that the present steels have shown greater ease of machining in sawing tests, they generally make it possible to increase both speed and feed in ordinary machining operations. This results in an additional saving in the time required to perform a given amount of work or, in other words, the hourly output per machine is increased.
TABLE II - EFFECT OF LEAD ON EASE
MACHINING STEELS WITH Cr-Ni-Mo
EMI8.1
Lasts-I ndi ..
.AciEr C Mo. PS Si Cr Ni Mo Pb Treat lq ..... ent, sciā ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯5th bilit6
EMI8.2
<tb> 3502 <SEP> 0.48 <SEP> 0.74 <SEP> 0.022 <SEP> 0.017 <SEP> 0.144 <SEP> 0.72 <SEP> 1.42 <SEP> 0.16 <SEP> - <SEP> Quench <SEP> 341 <SEP> 0.73
<tb>
<tb> to <SEP> today
<tb>
<tb> the <SEP> to
<tb>
<tb> leave
<tb>
<tb> of <SEP> 85
<tb>
<tb> Income
<tb> 538
<tb>
EMI8.3
3503 0.49, 0.77 0.024 0.015 0.13 0.75 1.84 CJ0.58 ditto 341 oe8
EMI8.4
<tb> 3502 <SEP> 0.48 <SEP> 0.74 <SEP> 0.022 <SEP> 0.017 <SEP> 0.144 <SEP> 0.72 <SEP> 1,420.16 <SEP> - <SEP> Annealing <SEP > 210 <SEP> 0.64
<tb>
<tb> to <SEP> 815
<tb>
<tb> Income
<tb> 6770
<tb>
EMI8.5
3503 0.49 0.77 0.024 0.15 v, 13 0.75 1.84- 0, 'J 0.7.58 ditto 210 0.5, r-
In the production of the present special steels,
the supply of lead in solid solution is not subject to high percentages of chromium or to the presence of molybdenum, and the invention can be applied to special steels in which chromium and molybdenum are not present. In fact, the present invention comprises the introduction of lead to ordinary steels in order to facilitate their machining.
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In the practice of the invention two classes of alloying elements are used, namely ferrite reinforcing agents, such as nickel, copper, silicon and cobalt, and carbide forming agents. , such as chromium, molybdenum, tungsten, and vanadium .-- Manganese is also a useful alloying element and can be considered to belong to either of the above classes because it: acts in the both so as to strengthen ferrite and form carbides, although its carbide-forming power is not as high as that of other elements of the second class.
Within certain limits, phosphorus is a ferrite reinforcing agent and can be used as such in special steels, but due to certain deleterious effects of phosphorus its use as an alloying element is somewhat limited. little limited. Thus, the special steels which lend themselves to an improvement in their ease of machining by the present process comprise, as alloying elements, metals selected from the group of ferrite reinforcing agents. , metals from the group of carbide forming agents, or a combination of metals from both groups. For example, in nickel steels (S.A.E. 2000,2100, 2300 and 2500) nickel is a ferrite strengthening agent, although it plays other roles in other special steels.
In chromium steel (S.A.E. 5100), chromium is a potent carbide forming agent, although it plays other roles in other special steels. In nickel-chromium steels (S.A.E. 3100, 3200, 3300 and, 3400) both a ferrite reinforcing metal and a carbide forming metal are used, and these combinations provide
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some advantages. In chrome-vanadium steel (S.A.E.
6100), two carbide forming metals are used.
In the composition shown in Table II, one metal reinforcing ferrite and two metals giving rise to carbides were used. It has been shown that for many uses and to some degree one ferrite enhancing agent can be substituted for another, just as one carbide forming agent can be substituted for another. without this greatly modifying the advantageous properties of the resulting special steel.
The choice of ferrite reinforcing agents, carbide forming agents or combinations of these various agents is dependent in part on the requirements of the manufacture and the use which the special steels are expected to receive. The cost of the alloying elements is also a factor to consider. As a class, ferrite hardening agents are used to increase toughness and cold workability, while carbide forming agents promote greater hardness and greater strength. wear resistance.
However, these observations may not apply to all compositions. The general principle applied in the selection of alloying elements for the manufacture of special steels is to use a combination of ferrite reinforcing agents and carbide forming agents which is such that the resulting special steel can be used. considered to have a composition
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balanced and as giving the steel the desired characteristics and properties.
The invention is applicable to certain other special ferrous alloys. For example, one envisions the application of 0.03 to 1% lead in an alloy containing 0.07 to 0.25% carbon, 0.3 to 0.7% manganese, traces at 0, 3% silicon, 0.1 to 0.15% phosphorus, traces of 0.06% sulfur, 0.75 to 1.25% copper and 0.4 to 0.7% nickel. Although alloys of this type are frequently used under conditions which do not require machining, there are instances where machining is desirable and such a lead containing alloy is within the scope of this invention.
Numerous steels of compositions other than those previously indicated have been manufactured by the applicant and some of these steels are specified in Table III.
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TABLE III - EXPERIMENTAL SPECIAL STEELS
WITH AND WITHOUT LEAD
EMI12.1
<tb> Steel <SEP> Composition <SEP> Chemical <SEP> - <SEP> For <SEP> cent
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N <SEP> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> S <SEP> P <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> V <SEP> Pb <SEP> Cu
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4222 <SEP> 0.12 <SEP> 0.64 <SEP> 0.26 <SEP> 0.027 <SEP> 0.014 <SEP> 3.45 <SEP> - <SEP> 0.01
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4223 <SEP> 0.17 <SEP> 0.66 <SEP> 0.28 <SEP> 0.027 <SEP> 0.014 <SEP> 3.49 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4224 <SEP> 0.46 <SEP> 0.92 <SEP> 0.28 <SEP> 0.026 <SEP> 0.012 <SEP> 3.47 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4225 <SEP> 0.48 <SEP> 0.93 <SEP> 0.32 <SEP> 0.025 <SEP> 0.015 <SEP> 3.45 <SEP> - <SEP> - <SEP> 0.20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4226 <SEP> 0.16 <SEP> 0.58 <SEP> 0,
24 <SEP> 0.022 <SEP> 0.011 <SEP> 1.25 <SEP> 0.65 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4227 <SEP> 0.16 <SEP> 0.60 <SEP> 0.26 <SEP> 0.025 <SEP> 0.010 <SEP> 1.25 <SEP> 0.65 <SEP> - <SEP> 0 , 14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4228 <SEP> 0.45 <SEP> 0.83 <SEP> 0.29 <SEP> 0.027 <SEP> 0.012 <SEP> 1.24 <SEP> 0.66 <SEP> - <SEP> 0 , 03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4229 <SEP> 0.46 <SEP> 0.84 <SEP> 0.29 <SEP> 0.027 <SEP> 0.012 <SEP> 1.26 <SEP> 0.66 <SEP> - <SEP> 0 , 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4230 <SEP> 0.30 <SEP> 0.75 <SEP> 0.19 <SEP> 0.028 <SEP> 0.012 <SEP> - <SEP> 0.67 <SEP> 0.20 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4231 <SEP> 0.31 <SEP> 0.76 <SEP> 0.19 <SEP> 0.029 <SEP> 0.012 <SEP> - <SEP> 0.64 <SEP> 0.19 <SEP> 0 , 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4232 <SEP> 0.20 <SEP> 0.53 <SEP> 0.14 <SEP> 0.023 <SEP> 0.013 <SEP> 1.75 <SEP> 0.65 <SEP> 0.32 <SEP > 0,
03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4233 <SEP> 0.20 <SEP> 0.54 <SEP> 0.13 <SEP> 0.023 <SEP> 0.012 <SEP> 1.75 <SEP> 0.64 <SEP> 0.33 <SEP > 0.11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4234 <SEP> 0.41 <SEP> 0.74 <SEP> 0.22 <SEP> 0.023 <SEP> 0.013 <SEP> 1.75 <SEP> 0.65 <SEP> 0.35 <SEP > 0.03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4235 <SEP> 0.42 <SEP> 0.75 <SEP> 0.21 <SEP> 0.022 <SEP> 0.012 <SEP> 1.74 <SEP> 0.65 <SEP> 0.36 <SEP > 0.17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4236 <SEP> 0.15 <SEP> 0.61 <SEP> 0.21 <SEP> 0.022 <SEP> 0.012 <SEP> 1.75 <SEP> - <SEP> 0.25 <SEP> 0 , 03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4237 <SEP> 0.16 <SEP> 0.64 <SEP> 0.20 <SEP> 0.025 <SEP> 0.012 <SEP> 1.72 <SEP> - <SEP> 0.24 <SEP> 0 , 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4238 <SEP> 0.40 <SEP> C, 74 <SEP> 0.21 <SEP> 0.026 <SEP> 0.013 <SEP> 1.80- <SEP> 0.24 <SEP> 0.05
<tb>
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<tb> 4239 <SEP> 0.40 <SEP> U, 75 <SEP> 0,
22 <SEP> 0.024 <SEP> 0.012 <SEP> 1.76 <SEP> - <SEP> 0.24 <SEP> 0.18
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 4240 <SEP> 0.19 <SEP> 0.56 <SEP> 0.20 <SEP> 0.024 <SEP> 0.010 <SEP> - <SEP> 0.75 <SEP> - <SEP> 0.02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4247 <SEP> 0.20 <SEP> 0.57 <SEP> 0.21 <SEP> 0.023 <SEP> 0.010 <SEP> - <SEP> 0.75 <SEP> - <SEP> 0.12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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These steels were prepared in an inductbn furnace
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at high frequency. Half of the steel was then poured into an ingot mold, then lead in the finely divided state was added to the remainder of the molten steel contained in the furnace. After a short period of time during which the steel was stirred by the induced current, the lead steel was poured into a second ingot mold. The resulting ingots, weighing 22.6 kg, were forged and converted into bars by rolling. About half of each ingot was thus converted to 25.4mm diameter round bar and the other half was converted to 19mm diameter round bar.
No appreciable difference was observed between lead-free and lead-containing steels in forging and rolling operations. The compositions shown in Table III are the results of chemical analyzes of the ingots. Steels of the type specified in Table III are also within the scope of this invention.
Another demonstration that lead additions facilitate machining of special steel is provided by testing a steel containing about 1% carbon, 0.9% manganese, 0.3% silicon, '0.025%. sulfur, 0.025% phosphorus, 0.12% molybdenum and 0.18%. lead.
This steel was converted by drawing to 1.6mm and 0.8mm diameter wires and was used in the manufacture of small timepieces using automatic machines.
Factory tests have shown this steel to be easier to machine than any previous steels that have been tested. The mechanical properties of this lead-based steel were excellent, which is demonstrated by the fact that the 1.6 mm diameter wire had a load of -
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rupture of 118 kg per mm2 and a necking of 25%, while the wire of 0.8 mm in diameter had a breaking load of 131 kg / mm2 and a necking of 15%. This high strength steel has been observed to be easy to machine and in this respect superior to similar steels which do not contain lead.
The invention is also applicable to the type of steel containing constituents whose role is to regulate the grain size of the steel. Thus, the invention comprises the incorporation of 0.03 to 1% lead to a steel containing a proportion of carbon between an effective minimum and 1.7%, together with elements reinforcing the ferrite and (or) carbide forming agents, as well as an element used for refining the grain, such as aluminum or titanium, present at a rate of 0.22 to 2.7 kg per tonne.
The application of lead to special steels in order to facilitate their machining does not require that the sulfur content of such steels be raised above normal specifications, although for some uses the machining can be made. swims even easier by slightly increasing the sulfur content. This, however, is only permissible for certain parts in which the increase in the sulfur content has no adverse effect on the mechanical properties or in which the desired mechanical properties can be obtained by heat treatment.
It emerges from the foregoing description that the invention confers certain important advantageous properties on special steels. Firstly, it markedly improves the ease with which steels
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Specials of the type described can be machined. It also improves the grain structure of steels of this kind. In addition, these lead-containing steels possess lower frictional resistance or coefficients of friction than other steels having similar compositions but not containing lead. Other advantages have been demonstrated in the above description.