<Desc/Clms Page number 1>
"PERFECTIONNEMENS AU PROCEDE DE FABRICATION DE L'ACIER"
La. présente invention est relative à un acier amélioré à teneur en carbone extra-basse et à une méthode pour l'élaborer. Cet/acier, décrit ci-après, est d'abord un acier effervescent caractérisé par un dégagement de gaz dans le lingot non encore solidifié, et il se distingue de l'a- cier "mort", c'est-à-dire de l'acier qui est en repos dans la lingotière pendant la solidification. L'acier effervescent est caractérisé à l'état solide par le fait qu'il ne con- tient aucune traceappréciable des agents ordinaires tels que
<Desc/Clms Page number 2>
silicium, aluminium, zirconium, titanium on manganèse quand, ils sont employés en¯ très grandes quantités, sous forme métallique ou non combinée.
L'acier selon l'inven- tion possède certaines qualités appréciables que l'on n'avait pu obtenir jusqu'ici par la pratique industrielle ordinaire.
La présente invention est basée sur la découverte que certains défauts ou reproches faits à l'acier à teneur en carbone extra basse, comme on l'a élaboré jusqu'ici, en particulier la fragilité au rouge et la tendance probable à se rouiller, ont été dues, non à la présence de soufre ou d'autres impuretés comme on l'a supposé par erreur, mais à la présence d'oxygène sous une forme active ou non combinée dans les espaces séparant les grains, et qu'en empêchant l'inclusion de cet oxygène, ou en l'éliminant complètement ou partiellement s'il y en a,
la qualité de l'acier résul- tant sera énormément améliorée et les défauts ou reproches mentionnés et certains autres défauts possibles seront éliminés*
Antérieurement à cette découverte on a observé la présence d'une couche mince ou d'une pellicule de cer- taine substance entre les divers grains d'acier mais on a pensé que ces couches étaient du carbure defer Fe3G quelque- fois appelé cémentite et sa présence n'a pas été reconnue pour avoir un effet quelconque sur les qualités de l'aciers Par exemple Rosenhain et Hanson dans leur article sur la "Structure Intercristalline de l'Acier Laminé" paru dans le Journal "Iron and Steel Institute" 1920, II, 171, parlent de la pellicule intergranulaire comme étant de la cémentite,
et Oberhoffer dans son article dans le "Stahl und Eisen" des 6 et 13 août 1925 ne tient pas du tout compte de la compo- sition de la pellicule intergranulaire.
<Desc/Clms Page number 3>
Bien que lesdemandeurs n'aient pas déterminé la nature exacte de la substance intergranulaire avec une certitude absolue, ils ont des raisons de penser que ce peut être un corps du type ferro-carbonyl, qui est une combinaison d'oxygène avec du fer, contenant du carbone, et que ce corps peut être représenté avec une exactitude suffisante par la formule Fe (Fe (CO)5)n.
De plus on a déterminé qu'un élément principal de cette substance est l'oxygène qui est sous certaine forme active et qu'il est la cause des défauts de l'acier mentionné ci-dessus et des reproches qu'on peut lui adresser* Les observations des demandeurs les ont conduits à penser que, entre autres effets, cette matière, comportant de l'oxygène et sous la forme d'une pellicule dans les espaces intergranulaires du fer, forme un point où existe une différence de potentiel et que là se trouve le point de départ pour la formation dela rouille et également que cette matière sépare les grains, diminuant la ductilité'.et la cohésion des grains et que cet état se manifeste par la fragilité au rouge.
En consé- quence la présente invention se rapporte à un'acier à teneur extra basse en carbone et à la méthode pour l'élaborer; dans cet acier la pellicule contenant de l'oxygène dans les espaces intergranulaires peut être considérée comme non existante ou. est réduite au minimum, ce qui écarte ainsi les reproches mentionnés ci-dessus.
La. méthode perfectionnée faisant l'objet de la présente invention comporte l'élimination de l'oxygène actif de l'acier à teneur extra basse en carbone par l'application d'un agent désoxydant convenable, tel que le manganèse, de préférence sous la forme de l'un de ses alliages ferreux communs. la présente invention est applicable en particu- lier aux aciers effervescents qui ont une très basse teneur
<Desc/Clms Page number 4>
en carbone, c'est-à-dire moins de 0,05%.
L'acier faisant l'objet de la présente invention est caractérisé entre autres choses par le fait qu'il présente un faible pourcentage d'oxygène actif en tant qu'on le distingue de l'oxygène sous la forme d'oxydes insolubles. Dans la pratique puisqu'il n'est pas actuelle- ment possible de déterminer avecertitude -- pas même aveo l'appareil pour déterminer la quantité d'oxygène inventé par le Bureau des Standards des Etats-Unis -- la proportion d'oxygène actif par rapport à celle d'oxygène inerte, les demandeurs ont préféré dans la spécification qui suit tout rapporter à la teneur en oxygène total, puisque, si la te- neur en oxygène total est faible il en est probablement de même de la teneur en oxygène actif quoique une haute teneur en oxygène total n'entratne pas nécessairement une haute teneur en oxygène actif.
L'acier faisant l'objet dela présente invention est également à basse teneur en carbone et contient du manganèse ou certains autres éléments équivalents qui subsistent comme résidus de la réaction par laquelle est éliminé l'oxygène actif nuisible. La présence de ce manganèse, ou d'un agent désoxydant similaire, est un à côté de l'élimination de l'oxygène actif et quand on le trouve dans un acier qui est à basse teneur en car- bone et présente une faible teneur en oxygène totale ceci constitue un trait caractéristique des aciers faisant l'ob- jet de la présente invention. L'acier faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en général par ce qu'il est à moins de 0,05% de carbone et à moins de 0,03 % d'oxygène et, si le manganèse est appliqué comme agent de désoxydation, à plus de 0,15 de manganèse.
Il y a au moins trois méthodes de détermination de la teneur en oxygène de l'acier et/ces méthodes donnent des résultats grandement différents. C'est pourquoi, quand les demandeurs rappor-
<Desc/Clms Page number 5>
tent tout ici à la teneur en oxygène, ils veulent dire lateneur en oxygène déterminée par l'appareil et la méthode établie par le Bureau des Standards des Etats-Unis. De plus, comme le fait est bien connue la teneur en oxygène est moindre dans les couches extérieures d'un lingot effer- vescent qu'au centre, et en conséquence quand un tel lin- got est étiré en barre ou laminé en tôle, la teneur en oxygène est moindre à la superficie qu'à l'intérieur de la barre ou de la tôle suivant le cas..
En conséquence uand ils parlent de la teneur en oxygène, ils la considèrent comme la moyenne à travers une tôle laminée provenant de la partie moyenne du lingot, les bouts étant exclus. Les demandeurs savent que l'on,fait des aciers dans lesquels la teneur soit en carbone, soit en oxygène, est faible, peut- être moindre que dans les compositions respectives mention- nées ci-dessus. Ils pensent avoir été les premiers à cons- tater que l'on peut faire de l'acier dans lequel les teneurs en ces deux éléments sont basses et à constater l'impor- tance d'un tel acier.
De semblables aciers, tels qu'ils ont été fabriqués jusqu'ici, se comportent de façon entiè- rement différente de celle des aciers faisant l'objet de la présente invention et les demandeurs estiment être les pre- miers à avoir reconnu l'importance d'une faible teneur en oxygène total, et en conséquence d'une faible teneur en oxygène actif, dans un acier à teneur en carbone extra-basse.
L'acier faisant l'objet de la présente invention ne doit done pas être confondu avecces aciers"morts" qui contiennent des quantités relativement grandes de manganèse-- en général plus de un pour cent -- puisqu'ils sont caracté- risés par des quantités de carbone relativement grandes, par exemple 0,18 à 0,35 de carbone, auxquels cas le maanèse est ajouté pour donner au produit final la résistance néeesaire et les qualités de traitement par la chaleur nécessaires. L'acier faisant l'objet de la présente inven-
<Desc/Clms Page number 6>
tion ne doit donc pas être confondu avec les aciers dits au manganèse dans lesquels le manganèse a été employé pour se combiner avec le soufre qui a été estimé lui-même par erreur comme étant la cause de la fragilité au rouge et d'autres défauts dans les aciers.
De tels aciers sont caractérisés par la présence de quantités significatives de sulfure de manganèse, ce qui les différencie des aciers faisant l'objet de la présente invention.
Dans la spécification qui va suivre les demandeurs ont employé le mot "acier" dans son sens technique pour désigner du fer et du carbone combinés, avec ou sans autres corps ou alliages métalliques, lequel acier a été produit par fusion complète, c'est-à-dire par solidification après liquéfaction, ce qui le distingue ainsi du fer forgé et du fer qui a été adouci mais n'a pas été soumis à fusion com- plète dans le procédé d'élaborations
L'acier faisant l'objet de la présente inven- tion s'est montré quelque peu plus résistant à la rouille, ce qui est dû, d'après les demandeurs au fait qu'il y a moins de points dans lesquels une différence de potentiel existe entre la pellicule intergranulaire de substance comportant de l'oxygène et les cristaux ou grains adjacents de ferrite.
Un pareil acier est particulièrement propre à être employé pour des éléments de carrosseries d'automobiles, pour des conduites d'eau, pour des plaques de navires, pour des tubes de chaudières, des boites à feu de locomotives et en d'au- tres endroits où le produit final est dans des conditions où il peut rouiller. Les demandeurs trouvent que la zone de température à laquelle la fragilité au rouge apparaît, quelquefois appelée zone de fragilité, est grandement ré- duite et que la tendance à la fragilité au rouge est élimi- née presque entièrement sinon entièrement.
Ceci est un fait de la plus grande importance dans l'élaboration de beaucoup de sortes d'aciers, fait que l'on appréciera quand on se
<Desc/Clms Page number 7>
rappellera que dans la fabrication de tôles ayant une teneur en carbone inférieure à 0,05%, il n'est pas rare dans cer- taines conditions d'avoir à refondre vingt pour cent des tôles à cause de défauts dûs à la fragilité au rouge. De plus l'absence de fragilité au rouge rend possible la fabrication de tubes sans soudure en acier à teneur en carbone extra basse et en plus pour cette raison permet de faire des tubes de qualité supérieure.
Alors que lprésente invention se rapporte prin- cipalement à laproduction d'aciers sans alliage elle n'est @ pas limitée à cela puisque l'on peut produire, conformément à la présente invention, un excellent acier avec alliage en employant du cuivre, du molybdène ou d'autres métaux d'alliages, De plus, comme dans la pratique il est plus commode d'ordinaire de partir de matières telles que par exemple de la fonte et des riblons d'acier qui contiennent eux-mêmes des quantités considérables de carbone, c'est-à- dire plus de carbone qu'il n'est nécessaire dans le produit final, on verra qu'un acier contenant approximativement la quantité désirée de carbone peut être traité directe- ment par l'agent désoxydant pour réduire l'oxygène actif, ou, si on le préfère,
la réduction du carbone peut faire partie du procédéo De plus l'acier selon l'invention peut être fabriqué en partant de fer forgé ou de fer électrolyti-
EMI7.1
que ou de fer "directement'réduit".
Si on désire produire un acier sans alliage en partant de fonte et de riblons d'acier on peut employer le procédé suivant. Des quantités égales de fonte et de riblons d'acier peuvent être mélangées ensemble avec la quantité de chaux qui serait employée dans la pratique ordinaire du four Martin. Le chauffage est continué pendant le "bouil- lonnement ", le bouillonnement étant caractéristique de la période pendant laquelle le carbone est éliminé du bain
<Desc/Clms Page number 8>
par oxydation. Ce chauffage est continué jusqu'au moment où il n'y a plus assez de carbone dans le bain pour produire un bouillonnement actif,c'est-à-dire qu'on le continue jusqu'à ce que le bain devienne tranquille. Pendant cette période le bain a été entièrement agité par le bouillonne- ment, ce qui élimine les impuretés en suspension.
On fait ensuite l'addition de ferro-manganèse de préférence dans , la poche de coulée. La teneur en oxygène total du produit final sera déterminée par la quantité de ferro-manganèse employé, mais dans lapratique, pour maintenir l'oxygène
EMI8.1
it à moins de 0,03 le manganèse subsistant dans le produit final sera supérieur à 0,15.
Une charge type pour le procédé ci-dessus est la suivante : 46.000Kgs de riblons d'acier ; 46000 Kgs de fonte; 12.000 Egs de chaux dont une partie peut être ajoutée aux matières avant fusion et une partie pendant la fusion; et 275 à 460 Kgs de ferro-manganèse.
Une charge type pour la fabrication d'un acier allié contenant du cuivre sera la même que ci-dessus avec addition de 230 Kgs de cuivre métal qui peut-être ajoutée soit à la charge dans le four, soit dans la poche de coulées Si du molybdène doit être employé avec le cuivre, une charge type serait la même que ci-dessus avec addition de 46 Kgs de molybdène sous la forme d'un alliage ferreux, d'un oxyde ou d'un sel.