Substitution of lead in free-cutting steels

SWISS STEEL, filiale du groupe SCHMOLZ + BICKENBACH, finance des travaux de thèse menés au Centre de Recherches d’UGITECH, en collaboration avec le laboratoire SIMaP de Grenoble. Le but de ce programme est de trouver des alternatives au plomb (Pb) dans les aciers bas carbone de décolletage. Les objectifs sont de conserver le niveau d’usinabilité des aciers de décolletage au plomb, sans leurs défauts (toxicité, recyclage des aciers au plomb). La production d’acier au plomb est stratégique pour SWISS STEEL, puisqu’elle représente environ 30% de son activité. Parmi les différentes alternatives signalées dans la littérature, l’addition d’étain, et la graphitisation des aciers, sont les concepts les plus intéressants. En effet, il est suggéré que l’étain présente un comportement similaire à celui du plomb lors de l’usinage. Par ailleurs, Le graphite est connu pour être un lubrifiant utilisé dans des applications industrielles, ce qui peut améliorer l’usinabilité. Une caractérisation complète d’aciers industriels au plomb, et sans plomb, en provenance de SWISS STEEL (11SMn30 et 11SMnPb30), a été menée : analyse chimique, observations métallographiques et microscopiques (MEB), propriétés mécaniques, etc. Ensuite, nous avons essayé de comprendre les mécanismes par lesquels le plomb améliore l’usinabilité des aciers de décolletage aux basses vitesses de coupes (Vc < 100 m/min), grâce à des essais d’usinage spécifiques. Des calculs thermodynamiques ont été menés sur le procédé de graphitisation, et des analyses d’aciers ont été déterminées. Ce qui nous a conduits à élaborer des aciers à l’étain et des aciers graphitiques à l’échelle du laboratoire. La caractérisation de ces coulées de laboratoire, avec la même procédure que celle utilisée par les aciers industriels, a permis de vérifier la fiabilité de ces concepts, et leur bienfaits sur l’usinabilité. Des résultats encourageants ont été enregistrés. Pour une étude plus approfondie, il a été proposé de produire, à l’échelle industrielle, une analyse d’acier particulière, susceptible de remplacer le plomb dans les aciers de décolletage au plomb.