CA1140781A

CA1140781A - High resistance machinable steel able to absorb dynamic stressing

Info

Publication number: CA1140781A
Application number: CA000331680A
Authority: CA
Inventors: Henrik Giflo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1983-02-08

Abstract

Acier de décolletage à haute résistance, capable de supporter les sollicitations dynamiques. Cet acier comprend en plus du fer 0,10 à 0,70% en poids de C, 1,20 à 3,00% en poids de Mn, au maximum 1,00% en poids de Si, au maximum 0,10% en poids de P, 0,05 à 0,15% en poids de S, au minimum 0,10% en poids de Pb, 0,001 à 0,03% en poids de Ca, 0,001 à 0,005% en poids de B, 0,007 à 0,035% en poids de N, 0,03 à 0,20% en poids de Nb, et/ou de V, au maximum 0,25% en poids de Zr et/ou de Ce, au maximum 0,2% en poids de Be et/ou de Bi, et au maximum 1,00% en poids de Mo et/ou de Ni. L'acier selon l'invention est capable de supporter des sollicitations dynamiques et présente une haute résistance même sans trempe ainsi qu'une excellente aptitude à l'usinage par enlèvement de matière.High strength free cutting steel, capable of withstanding dynamic stresses. This steel additionally comprises iron 0.10 to 0.70% by weight of C, 1.20 to 3.00% by weight of Mn, maximum 1.00% by weight of Si, maximum 0.10% by weight of P, 0.05 to 0.15% by weight of S, at least 0.10% by weight of Pb, 0.001 to 0.03% by weight of Ca, 0.001 to 0.005% by weight of B, 0.007 0.035% by weight of N, 0.03-0.20% by weight of Nb, and / or V, maximum 0.25% by weight of Zr and / or Ce, maximum 0.2% by weight weight of Be and / or Bi, and at most 1.00% by weight of Mo and / or Ni. The steel according to the invention is capable of withstanding dynamic stresses and has a high resistance even without quenching as well as an excellent ability to be machined by removing material.

Description

~ 378~L
La presente invention concerne un acier de decolle-tage,capable de supporter les sollicitations dynami~ues et pre-sentant une haute resistance, même sans trempe, ainsi qu'une excellente aptitude a l'usinage par enlevement de matiere, qui est destine a la fabrication, sur des machines au-tomatlques travaillant par enlevement de copeaux, d'elements de machine a haute résistance et destines a être fortement sollicites.
En technique de transformation, les machines auto-matiques travaillant par enlevement de matiere et les chaînes constituees par ces machines sont des moyens modernes et effi-caces qui permettent de réduire les operations et les frais, en particulier pour la fabrication en grande série. Mais l'utili-sation de ces machines automatiques travaillant par enlevement de matière n'est rentable pour l'usinage des aciers que lors lorsqu'il n'est pas necessaire d'exercer une surveillance con-tinue et que les copeaux decoupes peuvent être enleves de la piece ou de la machine sans intervention manuelle. Les mate-riaux utilises pour la fa~rication de produits par enlevement de copeaux doivent donc satisfaire a une importante exigence, c'est-a-dire presenter une bonne aptitude a l'usinage par en-levement de matière et donner des copeaux d'une forme appro-priee pour les machines automatiques ou decolleteuses.
L'aptitude a l'usinage par enlevement de matiere est une propriete physique des materiaux, au même titre que la resistance mécanique ou la densite, et est donc caracteris-tique de chaque materiau; elle resulte de proprietes physiques complexes, telles que:
- l'aptitude du materiau a l'enlevement de copeaux, - une propriete du materiau garantissant une bonne qualite des surfaces travaillees par enlevemen-t de copeaux, - l'effet d'abrasion que le ma-tériau exerce sur l'outil.

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L'aptitude à llusinage par enlevement de matiere résume par consequent, en fonction des objectifs de la fabri-cation, les paramètres caracteristiques suivants:
- la force ou resistance de coupe, - la forme des copeaux, - la qualite de la surface trava.illee par enlevement de copeaux, - la durée de coupe de l'ou-til coupant, ou les parametres correspondant à ces notions combinees.
Il est generalement admis que les materiaux presen-tant une aptitude optimale à l'usinage par enleveme~t de matiè-re sont ceux dont une quantite maximale peut être découpee, dans un temps minimum, par enlèvement de copeaux, entre deux affûtages de l'outil, et ceci avec une qualite de surface ap-propriee. On obtient ainsi le rendement en copeaux, conforme-ment aux processus intervenant pendant l'enlèvement de copeaux, a partir de deux Eacteurs differents l'un de llautre:
- les proprietes du materiau, e-t - les conditions caracteristiques de l'enlevement de copeaux.
En relation avec ce qui vient d'etre di.t, on a mis au point des aciers appeles de decolletage, a alliage special, et dont seule l'aptitude a l'usinage par enlevement de matiere a ete prise en consideration.
L'exigence la plus importante a laquelle doivent satisfaire les aciers de decolletage est que leur usinage par enlevement de matiere doi.t donner des copeaux d'une taille ap-propriee et pouvant être automatiquement enleves de la machine par le liquide de refroidissement, sans intervention exterieu-re. Pour garantir aux copeaux de bonne caracteristiques de ~ragmentation, il a fallu utiliser, pour l'elaboration de l'acier de decol.letage, des elements allies qui ne se mettent pas en solution dans le fer, ou bien seulement en :Eaible quan-Q~
tité, ce qui permet de bien bénéficier, pendant la fragmen-tat on des copeaux, de leur action favorable à la formation des inclu-sions, et ce qui réduit le frottement entre les surfaces métal-liques.
Etant donné que les elements allies brise-copeaux et lubrificateurs de surfaces constituent en fait des impure-tes de l'acier, ils déterminent dans une certaine mesure les paramètres des propriétés mécaniques des aciers de décolletage, et notamment la résistance de ceux-ci aux sollicitations dyna-miques, mais meme aussi parfois leur résistance mécanique.
L'amélioration de ]'aptitude à l'usinage par enlè-vement de matière a donc entrainé une diminution ou limita-tion sensible des proprietés utiles des aciers. C'est pourquoi l'on ne peut pas utiliser ces machines economiques que sont les automates travaillant par enlèvement de matière pour la produc-tion d'elements de machine qui sont des-tines à subir des solli-citations e~cédant les aptitudes des aciers de decolletage con-nus. Ces aciers ne sont donc plus en mesure de répondre aux exigences actuelles relatives à l'aptitude à l'usinage par en-lèvement de matière et aux sollicitations et ils ne peuvent ~ ;
plus être usinés sur des machines automatiques rentables.
Cependant une bonne aptitude à l'usinage par enle-vement de matière et avec des copeaux d'une bonne forme cons-titue pour un acier capable de supporter de grandes sollicita-tions, même sans trempe, un avantage économique tel, non seule-ment pour les machines automatiques mais aussi pour -tout mode d'usinage par enlèvement de copeaux, que le temps et l'ar~ent consacres à la production du produit final ne representent, dans des conditions favorables, qu'une fraction des depenses actuelles en temps et en argent.
Il est donc devenu indispensable d'élaborer un nou-7~
vel acier de décolletage dont la résistance mécanique, obtenue sans trempe, satisfasse aux besoins précédemment mentionnés des éléments de machine, dont la résistance aux sollicitations dy-namiques soit suffisante et corresponde aux exigences actuelles, et qui présente une bonne aptitude a l'usinage par enlevement de matière, avec des copeaux d'une forme appropriée pour les ma- -chines automatiques.
On peut diviser en trois groupes les aciers de dé-colletage actuellement connus qui présentent une bonne aptitude à l'usinage par enlèvement de matière : les aciers du premier groupe ne peuvent pas être sousmis à un traitement thermique, ceux du second groupe peuvent subir une trempe pendant leur utilisation, et enfin ceux du troisieme groupe sont en mesure de subir un traitement de trempe ou de trempe suivie de revenu.
A titre d'exemple, on peut mentionner les aciers suivants, qui appartiennent aux trois groupes:
Etats-Unis: MK 1213 Ledley, Multikut;
Allemagne Federale: 9 SMnPb 36, 10 SPb 20 et 60 S 20;
Italie: 10 S 22, 40 SMnPb 10;
Hongrie: AS 5, ABS 2, ANS 3.
Ces aciers contiennent généralement 0,07 à 0,65%
(en poids) de C, au maximum 0,40% (en poids) de Si, 0,30 à
1,10% (en poids) de Mn, 0,15 à 0,40% (en poids) de S, au maxi-mum 0~10O/o (en poids) de P; en outre, quelques nuances contien-nent, de plus, au minimum 0,15% (en poids) de Pb, 0,80 à 1,50%
(en poids) de Cr, 0,15 à 0,50% (en poids) de Mo et 0,05% (en poids) de Se.
Les propriétes mécaniques de ces aciers varient en fonction des groupes de traitement thermique appliques.
Les paramètres des aciers n'ayant pas subi de traitement ther-mique ont servi de base de comparaison. La résistance a la )7~
traction de ces aciers est sans déformation à froid comprise entre 290 et 900 N/mm et à l'état étire à froid elle est com-prise entre 370 e-t llO0 N/mm (da ~/mm ), valeurs auxquelles correspondent une limite ~'élas-ticité apparente comprise entre ~ 378 ~ L
The present invention relates to a take-off steel floor, capable of withstanding dynamic stresses and pre-feeling a high resistance, even without tempering, as well as a excellent machinability by material removal, which is intended for manufacturing, on automatic machines working by removing chips, machine elements high resistance and intended to be highly stressed.
In processing technology, self-propelled machines materials working by removing material and chains constituted by these machines are modern and efficient means caces that reduce operations and costs, by particularly for mass production. But the use-sation of these automatic machines working by removal of material is only profitable for machining steels when when there is no need for continuous and that the cut chips can be removed from the piece or machine without manual intervention. The mate-rials used for making products by removal chips must therefore meet an important requirement, that is to say have good machinability by lifting of material and giving shavings of a suitable form required for automatic machines or turning machines.
Suitability for machining by removing material is a physical property of materials, just like mechanical strength or density, and is therefore characteristic tick of each material; it results from physical properties complex, such as:
- the suitability of the material for removing chips, - a property of the material guaranteeing a good quality of surfaces worked by removing chips, - the abrasion effect that the material exerts on the tool.

~.
~ 07 ~, ~
The ability to machine by removing material therefore summarizes, depending on the objectives of the manufac-cation, the following characteristic parameters:
- cutting force or resistance, - the shape of the chips, - the quality of the work surface by removing chips, - the cutting time of the cutting tool, or the parameters corresponding to these combined notions.
It is generally accepted that materials presented both an optimal aptitude for machining by removal of material re are those for which a maximum quantity can be cut out, in minimum time, by removing chips, between two tool sharpening, and this with a suitable surface quality property. The resulting chip performance is thus obtained, ment to the processes involved in chip removal, from two different players, one from the other:
- the properties of the material, and - the characteristic conditions of chip removal.
In connection with what has just been di.t, we put at the point of steels called free cutting, special alloy, and of which only the aptitude for machining by removing material has been taken into consideration.
The most important requirement to which satisfying free-cutting steels is that their machining by material removal must give chips of an appropriate size propriée and can be automatically removed from the machine by coolant, without external intervention-re. To guarantee that the chips have good characteristics ~ ragmentation, it was necessary to use, for the elaboration of decol.letage steel, alloyed elements which do not not in solution in iron, or only in: Low quan-Q ~
benefit, during the fragmen-tat on chips, their action favorable to the formation of sions, and this reduces friction between metal surfaces-liques.
Since the allied chip breaking elements and surface lubricators are actually impurities-steel, they determine to some extent the parameters of the mechanical properties of free-cutting steels, and in particular the resistance of these to dynamic stresses mics, but even sometimes their mechanical resistance.
Improvement of the aptitude for machining by removal material therefore resulted in a reduction or limitation sensitive properties of the useful properties of steels. That is why we cannot use these economical machines that are machines working by removing material for production tion of machine elements which are subject to stresses citations e ~ yielding the skills of free-cutting steels naked. These steels are therefore no longer able to respond to current requirements for aptitude for machining by lifting of material and solicitations and they can not ~;
plus be machined on cost-effective automatic machines.
However good aptitude for machining by removal of material and with chips of good shape titue for a steel capable of withstanding great stresses even without tempering, such an economic advantage, not only-ment for automatic machines but also for -all mode machining by chip removal, that time and ar ~ ent spent on producing the final product does represent, under favorable conditions, that a fraction of the expenses current in time and money.
It has therefore become essential to develop a new 7 ~
vel steel free cutting with mechanical strength, obtained without quenching, satisfies the aforementioned needs of machine elements, including resistance to stresses is sufficient and meets current requirements, and which exhibits good machinability by removal of material, with shavings of a suitable shape for materials -automatic chines.
We can divide in three groups the steels of currently known collets which exhibit good suitability to machining by removing material: the steels of the first group cannot be subjected to heat treatment, those of the second group can be quenched during their use, and finally those of the third group are able to undergo a quenching treatment or quenching followed by tempering.
By way of example, the following steels can be mentioned, which belong to three groups:
United States: MK 1213 Ledley, Multikut;
Federal Germany: 9 SMnPb 36, 10 SPb 20 and 60 S 20;
Italy: 10 S 22, 40 SMnPb 10;
Hungary: AS 5, ABS 2, ANS 3.
These steels generally contain 0.07 to 0.65%
(by weight) of C, maximum 0.40% (by weight) of Si, 0.30 to 1.10% (by weight) of Mn, 0.15 to 0.40% (by weight) of S, at most mum 0 ~ 10O / o (by weight) of P; in addition, some nuances contain-in addition, at least 0.15% (by weight) of Pb, 0.80 to 1.50%
(by weight) of Cr, 0.15 to 0.50% (by weight) of Mo and 0.05% (in weight) of Se.
The mechanical properties of these steels vary according to the heat treatment groups applied.
The parameters of steels which have not undergone heat treatment were used as a basis for comparison. Resistance to ) 7 ~
tensile strength of these steels is understood without cold deformation between 290 and 900 N / mm and when cold drawn it is com-taken between 370 and 110 N / mm (da ~ / mm), values at which correspond a limit ~ 'apparent elasticity between

2~ et 66 (da N/mm ) et un allongement compris entre 5 et 10%.
Ces aciers présentent l'inconvénien-t d'avoir une résistance aux sollicitations dynamiques ou une tendance à la fragilité qui ne sont pas satisfaisantes, par suite de la na-ture et de la quantité des matières d'addition destinées à
améliorer l'aptitude à l'usinage par enlèvement de matière, ce qui limite à l'extrème leur utilisation. Les difEérents élé-ments alliés que l'on ajoute pour améliorer l'aptitude à l'u-sinage par enlèvement de matière provoquant une si forte ré-duction de quelques-unes des propriétés utiles de ces aciers de décolletage connus que leur utilisation en tant qu'aciers de construction mécanique s'en trouve considérablement llmitée en fonction des sollicitations que doivent subir les éléments de machine en exploitation.
Un groupe des aciers de décolletage actuellement connus présente donc une résistance mécanique relativement bonne, que l'on peut régler aux valeurs souhaitées par un trai-tement de trempe ou de revenu, mais la plasticité de ces aciers et leur résistance aux sollicitations dynamiques ne satisfont plus aux exigences actuelles.
La présente invention a pour objet de mettre au point un tel acier de décolletage à haute résistance, présen-tant une excellente aptitude à l'usinage par enlèvement de ma-tière et destiné a la fabrication d'éléments de machine soumis à de grandes sollicitations, acier qui non seulement presente, sans trempe, une haute résistance aux sollicitations dynamiques, mais qui puisse, de plus, être usiné avec une formation de co-r~ ~
peaux appropriés pour les machines au-tomatiques.
La présente invention permet d'atteindre cet ob-jectif par le fait que l'acier élaboré selon la présente in-vention contient, outre le Eer, 0,10 à 0,70% (en poids) de C, 1,20 a 3,00% (en poids) de Mn, au maximum 1,00% (en poids) de Si, au maximum 0,10% (en poids)de P, 0,05 à 0,15% ~en poids) de S, au minimum 0,10% (en poids) de Pb, 0,001 a 0,03~ (en poids) de Ca, 0,001 à 0,005% (en poids) de B, 0,007 a 0,035% (en poids) de N, 0,01 a 0,20% (en poids) de Nb et/ou de V, au maxi-mum 0,25% (en poids) de Zr et/ou de Ce, au maximum 0,20% (en poids) de Be et/ou de Bi et au maximum 1,00% (en poids de Mo et/ou de Ni.
Une composition plus particulierement preferee se-lon l'invention comprend en plus du fer e-t des elements resi- -duels habituels les elements dans les proportions suivantes:
C 0,10 - 0,70% V 0,01 - 0,15 %
Mn 1,20 - 2 % Zr 0,005 - 0,15%
Si 0,1 - 1 % Mo 0,01 - 0,5 %
P 0,0 - 0,10% B 0,001 - 0,005%
S 0,05 - 0,15% Bi 0,001 - 0,005%
Pb 0,1 - 0,4 % Ca 0,001 - 0,01 ~
Nb 0,01 - 0,15% N 0,007 - 0,035%
Quelques-uns des elements allies assurent a l'acier, lorsqu'ils sont dans le rapport selon la présente invention, et sans trempe, une résistance mecanique suffisante, tout en lui conservant la plasticite nécessaire; d'autres éléments allies assurent aux copeaux une aptitude appropriee a la fragmentation, sans entralner une réduction de la résistance de l'acier aux sollicitations dynamiques, et ledit acier selon la présente in-vention contient aussi des éléments alliés qui contribuent al'augmentation du pouvoir lubrifiant des surfaces metalliques ~078~
en contact les unes avec les autres, et, de ce fait, à llex-cellente aptitude de cet acier a l'usinage par enlevement de matiere.
En rai.son de sa composition chimique, l'acier selon la présente invention présente une rési.stance mécanique rela-ti-vement élevée, même a l'état laminé, de sorte qu'un seul train de calibrage suffit pour réaliser la section nécessaire a l'en-levement automatique des copeaux et que l'on peut supprimer la réduction de section qui devalt être effectuée jusqu'à présent en vue d'assurer a l'acier de décolletage une résistance méca-nique appropriée e-t qui demandait beaucoup de travail.
En dépit ~e sa haute résistance, l'acicr selon la présente invention présente une excellente aptitude ~ l'usina- -ge par enlevement de matiere, et le rapport des éléments alliés selon la presente invention permet - avec des parametres conve-nables pour l'enlevement de matière - d'obtenir des copeaux suffisamment petits, même sans brise-copeaux, ainsi qu'une bon-ne lubrification et une tres bonne qualité de surface, ce qui permet d'augmenter sensiblement les parametres d'enlevement de matiere utilisés.
L'acier selon la presente invention peut être trem- ~ -pé ou traité par trempe suivie de revenu, a la fois par un trai-tement thermique normal et par un traitement par induction, la dureté de surface pouvant donc, en cas de besoin, être etablie et reglée de maniere simple et sur une large gamme.
L'acier selon la presente invention unit la haute résistance aux sollicitations dynamiques des aciers de cons-truction mécanique, non alliés ou faiblement alliés, ~ l'excel-lente aptitude à l'usinage par enlevement de matiere que pre-sentent les aciers de decolletage, et ceci outre une resistancemécanique obkenue sans -trempe et qui satisfont aux besoins de la plupart des élements de machine modernes.
La presente invent.ion et les prop.rietes de l'acier ainsi élaboré seront mieux comprises à l'aide de la description detaillee de plusieurs modes de realisation pris comme exemples non limitatifs.

. . .
A titre d'exemple, trois charges constituees par de l'acier selon la presente invention sont ici presen-tées. Les charges 1 et 3 ont ete elaborees dans un four à arc de 70 t et coulees dans des coquilles de 6,4 t à profil carre. Les lingots ont ete realisés par lamlnaye sans nettoyage de surface, dans des conditions normales, sous forme de lingots carres ayant une longueur d'arête de 210 mm, puis ensuite transformes~par lami-nage en ronds d'acier d'un diamètre de 16 mm, que l'on a re-froidis à l'air sur des refroidisseurs.
. La charge 2 a ete réalisée par fusion dans un four à
arc de 60 t, puis affine dans une installation métallurgique équipée de poches. Le métal fondu a eté coule dans une ins-~al-lation de coulée continue à quatre filières, de profil carre, la longueur d'arête des billettes etant de 240 ~n.
Les billettes ont ete transformees, par laminage, en ronds d'acier d'un diamètre de 20 mm, que l'on a ensuite re-froidis à l'air sur des refroidisseurs. Les résultats des es-sais ef~ectues figurent sur les tableaux suivants:
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_ 3. Aptitude_à l'usinage par enlèvement de matière.
Les contrôles de l'aptitude à l'usinage par enlève-ment de matière ont ete realises à l'aide de mesures de l'usure cratère, dont on a determine la valeur critique à K crit. =
0,05 mm. Le contrôle a ete effectue, pendant le tournage eY~-térieur, à l'aide d'un outll à arête unique, à l'aide de plaques coupantes en acier rapide et en alliage dur, à serrage mécani-que. L'enlevement des copeaux a ete effectué et contrôle sur les éprouvettes de la charge 1 de l'acier selon la presente in-invention, qui avaient prealablement subi un traitement de de-tensionnement à 400~C, et sur les eprouvettes, traitees par trempe et revenu, d'un acier servant de base de comparaison. La composition chimique de cet acier servant de base de comparai-son figure sur le tableau 3, et ses proprietes mecaniques sur le tableau 4.

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7~
Le resultat du contrale de l'apti-tude à l'usinage par enlevement de matière, effectué à l'aide de l'outil en acier .rapide, est resumé sur le tableau 5.
TABI.EAU 5 _ Parametres Durees de coupe jusqu'~
d'enlevement usure cratère de matière crit 0,05 mm/mn Désignation Parametre Charge 1 Acier servant de base de comparai-_ son Vitesse de l'enlèvement 240-300 18-22 des copeaux m/mn 70 Avance mm 0,12 Profondeur de coupe mm/U 2,5 .
Forme des copeaux appropriée pour copeaux les machines auto- ecoulants ~ matiques 1/
1/ copeaux non continus et n'adherant pas les uns aux autres, finement fragmentés, et pouvant etre evacués par le liquide de refroidissement . ~
Le resultat du controle de l'aptitude à l'usinage par enlèvement ae matière, effectue a l'aide de l'outil en alliage dur, est resumé sur la tableau 6.

Parametre Durées de coupe jusqu'a d enlevement usure cratere de mat'~ere ~
KCrit ~ 0,05 mm/mn Designation Parametre Charge 1 Acier servant de base de comparai-_ _ son Vitesse de l'enlèvement 360-480 28-40 des copeaux m/mn 200 Avance mm 0,10 Profondeur de coupe mm/U 1,5 Forme des copeaux appropriee pour copeaux les machines auto- ecoulants matiques ... .. . _ _ 2 ~ and 66 (da N / mm) and an elongation between 5 and 10%.
These steels have the disadvantage of having a resistance to dynamic stress or a tendency to fragility which is not satisfactory as a result of the ture and quantity of additives intended for improve the machinability by material removal, this which limits their use to the extreme. The different elements Allied elements that are added to improve the usability sinage by removal of material causing such a strong duction of some of the useful properties of these steels machining known as their use as steels of mechanical engineering is considerably limited according to the stresses that the elements must undergo of machine in operation.
A group of free-cutting steels currently known therefore has relatively high mechanical strength good, which can be adjusted to the desired values by a process hardening or tempering, but the plasticity of these steels and their resistance to dynamic stresses does not satisfy more to current requirements.
The object of the present invention is to provide point such a high strength free cutting steel, present both excellent machinability by machining removal and intended for the production of machine elements subject to great stresses, steel which not only presents, without tempering, high resistance to dynamic stresses, but which can, moreover, be machined with a formation of co-r ~ ~
skins suitable for automatic machines.
The present invention achieves this object.
rective by the fact that the steel produced according to this in-vention contains, in addition to Eer, 0.10 to 0.70% (by weight) of C, 1.20 to 3.00% (by weight) of Mn, maximum 1.00% (by weight) of If, at most 0.10% (by weight) of P, 0.05 to 0.15% ~ by weight) of S, at least 0.10% (by weight) of Pb, 0.001 to 0.03 ~ (by weight) of Ca, 0.001 to 0.005% (by weight) of B, 0.007 to 0.035% (in weight) of N, 0.01 to 0.20% (by weight) of Nb and / or V, at most mum 0.25% (by weight) of Zr and / or Ce, maximum 0.20% (in by weight) of Be and / or Bi and at most 1.00% (by weight of Mo and / or Ni.
A more particularly preferred composition is lon the invention further comprises iron and elements resi- -usual duels the elements in the following proportions:
C 0.10 - 0.70% V 0.01 - 0.15%
Mn 1.20 - 2% Zr 0.005 - 0.15%
If 0.1 - 1% Mo 0.01 - 0.5%
P 0.0 - 0.10% B 0.001 - 0.005%
S 0.05 - 0.15% Bi 0.001 - 0.005%
Pb 0.1 - 0.4% Ca 0.001 - 0.01 ~
Nb 0.01 - 0.15% N 0.007 - 0.035%
Some of the alloyed elements provide steel, when in the report according to the present invention, and without tempering, sufficient mechanical resistance, everything in it retaining the necessary plasticity; other allied elements ensure that the chips have an appropriate fragmentation ability, without reducing the resistance of the steel to dynamic stresses, and said steel according to the present in-vention also contains alloyed elements which contribute to the increase of the lubricating power of metallic surfaces ~ 078 ~
in contact with each other, and, therefore, to llex-excellent suitability of this steel for machining by removing matter.
Due to its chemical composition, steel according to the present invention has a mechanical resi.stance rela-ti-elevated even in the laminated state, so that only one train sufficient calibration to achieve the section necessary for the automatic chip removal and you can remove the section reduction that should be done so far in order to provide the machining steel with mechanical resistance appropriate picnic that required a lot of work.
Despite its high resistance, the acicr according to the present invention has excellent aptitude ~ the factory- -age by removal of matter, and the ratio of the allied elements according to the present invention allows - with suitable parameters -fuels for material removal - obtaining shavings sufficiently small, even without a chipbreaker, as well as a good-only lubrication and a very good surface quality, which allows to significantly increase the removal parameters of material used.
The steel according to the present invention can be trem- ~ -pe or treated by quenching followed by tempering, both by a process normal thermal treatment and by induction treatment, the surface hardness which can therefore be established, if necessary and regulated in a simple way and on a wide range.
The steel according to the present invention unites high resistance to dynamic stresses of structural steels mechanical truction, unalloyed or weakly alloyed, ~ excel-slow machinability by removing material than pre-smell of free-cutting steels, and this in addition to a mechanical resistance obtained without tempering and which meet the needs of most modern machine elements.
The present invent.ion and properties of steel thus developed will be better understood using the description detailed of several embodiments taken as examples not limiting.

. . .
As an example, three charges constituted by the steel according to the present invention are presented here. The charges 1 and 3 were produced in a 70 t arc furnace and cast in 6.4 t square profile shells. Ingots were carried out by lamlnaye without surface cleaning, in normal conditions, in the form of square ingots having a edge length of 210 mm, then transformed ~ by lami-swimming in steel circles with a diameter of 16 mm, which has been air-cooled on coolers.
. Load 2 was produced by melting in a 60 t arc, then refines in a metallurgical installation equipped with pockets. The molten metal has been poured into an ins- ~ al-Four-die continuous casting lation, square profile, the edge length of the billets being 240 ~ n.
The billets were transformed, by rolling, into steel rods with a diameter of 20 mm, which are then air-cooled on coolers. The results of the you know are shown in the following tables:
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_ 3. Aptitude_ for machining by removing material.
Removal of the machinability Matter of material were produced using wear measurements crater, whose critical value has been determined at K crit. =
0.05 mm. The control was carried out, during the shooting eY ~ -térieur, using a single-edge tool, using plates cutting tools made of high-speed steel and hard alloy, mechanically tightened than. The removal of shavings was carried out and checked on the test pieces of load 1 of the steel according to this invention, which had previously undergone a treatment of-tensioning at 400 ~ C, and on test pieces, processed by quenching and tempering, of a steel used as a basis for comparison. The chemical composition of this steel serving as a basis for comparison its figure on table 3, and its mechanical properties on table 4.

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The result of the machinability test by removing material, using the steel tool .Quick, is summarized in Table 5.

_ Parameters Cutting times up to ~
crater wear removal matter crit 0.05 mm / min Designation Parameter Load 1 Steel used as basis of comparison _ his Speed of removal 240-300 18-22 shavings m / min 70 Feed mm 0.12 Depth of cut mm / U 2.5.
Chip shape suitable for chips self-draining machines ~ materials 1 /
1 / non-continuous chips that do not adhere to each other, finely fragmented, and capable of being evacuated by the liquid cooling . ~
The result of the machinability test by removing material, using the tool in hard alloy, is summarized in Table 6.

Parameter Cutting times up to d crater wear removal of mast '~ ere ~
KCrit ~ 0.05 mm / min Designation Parameter Load 1 Steel used as basis of comparison _ _ his Removal speed 360-480 28-40 shavings m / min 200 Feed mm 0.10 Depth of cut mm / U 1.5 Chip shape suitable for chips self-draining machines matics ... ... _ _

Claims

The embodiments of the invention, about which an exclusive right of property or privilege is claimed, are defined as follows:

1. Free-cutting steel capable of withstanding dynamic stresses with high resistance, even without quenching, as well as excellent machinability by removal of material, which is intended for manufacturing machine parts subjected to high loads, characterized by the fact that it contains, in addition to iron, 0.10 to 0.70% (by weight) of C, 1.20 to 3.00% (by weight) of Mn, 0.1 to 1.00% (by weight) of Si, maximum 0.10% (by weight) of P, 0.05 0.15% (by weight) of S, at least 0.10% (by weight) of Pb, 0.001 to 0.03% (by weight) of Ca, 0.001 to 0.005% (by weight) of B, 0.007 to 0.035% (by weight) of N, 0.01 to 0.20% (by weight) of Nb or V or a mixture of Nb and V, 0.005 to 0.25% (by weight) Zr or Ce or a mixture of Zr and Ce, maximum 0.20%
(by weight) of Be or Bi or a mixture of Be and Bi, and maximum 1.00% (by weight) Mo or Ni or a mixture of Mo and Ni.

2. Free-cutting steel according to claim 1, characterized in that it additionally contains iron and usual residual elements the elements in the pro-following portions:

3. Free-cutting steel according to claim 1, characterized by the fact that it contains in addition to iron and usual residual elements the elements in the proportions following:

4. Free-cutting steel according to claim 1, characterized by the fact that it contains in addition to iron and usual residual elements the elements in the proportions following:

5. Free-cutting steel according to claim 1, characterized by the fact that it contains in addition to iron and usual residual elements the elements in the proportions following: