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" AGENT D'ADDITION POUR METAL FERREUX FONDU "
La présente invention est relative au traitement de l'acier fondu en vue de favoriser la formation d'une @@@ud structure à grain fin et l'élimination d'impuretés nui- sibles.
Pendant la fabrication, les aciers sont souillés par certains oxydes et des gaz occlus qui, s'ils ne sont pas enlevés presque complètement ou rendus inoffensifs, nuisent à la qualité et aux propriétés physiques de l'acier terminé. De façon à remédier aux effets nuisibles de ces impuretés, on ajoute ordinairement à l'acier, du ferro-si- licium ou du ferro-manganèse ou les deux comme désoxydants et cela peu de temps avant de le couler en lingots ou sous
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d'autres formes. Pour augmenter encore la désoxydation et obtenir un acier qui soit de façon inhérente à grain fin n'ayant pas tendance à ce que le grain augmente aux tempé- ratures élevées, on fait en général une dernière addition d'aluminium à l'acier fondu.
Des additions d'aluminium faites en quantités convenant dans ce out et de la façon ci-dessus indiquée tendent à produire un acier contenant des inclusions non métalliques en quantités et de types nuisibles. On a proposé d'utiliser à la place d'aluminium d'autres agents tels que le vanadium, le zirconium ou le titane mais aucun de ces élémentsne donne complètement satisfaction. En général, le vanadium est trop coûteux pour pouvoir l'ajouter en quantité suffisante pour donner les résultats désirés et le zirconium et le titane tels qu'on les utilisait jusqu'ici tendent à donner un acier contenant de nombreuses impure- tés non métalliques nuisibles.
Conformément à la présente invention, on fabri- que un acier sensiolement exempt d'impuretés nuisibles non métalliques, gazeuses et solides et présentant des pro- priétes mécaniques améliorées ( y compris une meilleure résistance aux chocs) et d'excellentes caractéristiques en ce qui concerne la finesse du grain, en ajoutant à l'a- cier, pendant qu'il est fondu, dans là poche ou autrement un peu avant la coulée, un agent d'addition contenant 25 à oj;,,= (de préférence, 35 à 55%) de silicium, de fer et au moins de deux éléments choisis dans les trois groupes sui- vants: (1) glucinium, magnésium, calcium, oaryum, stron- tium, bore et aluminium; (2) titane, zirconium, cérium, hafnium et thorium;
(3) vanadium, niobium et tantale, des
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éléments d'au moins deux de ces groupes étant présents cha- cun en quantité d'au moins 3%. Le fer est présent comme impureté ou diluant que l'on'introduit de façon inévitable lorsque l'on fabrique une matière économique et pratique industriellement, et il ne doit pas dépasser 65%. La quan- tité totale des éléments choisis dans les groupes ci-dessus indiqués est de préférence au moins 10% mais sans dépasser 60% de la composition de l'agent d'addition.
Si le nombre des éléments de ce mélange n'est que de 2, ce total doit, de préférence, ne pas dépasser 25% de la composition de l'agent d'addition et si ce nombre est supérieur à 2, cette quantité totale ne dépasse de préférence pas 25% de plus de 5% pour chacun de ces éléments au-dessus de 2. Une composition d'agent d'addition préférée contient 45 à 65% de silicium, 5 à 15% de zirconium, 5 à 15% de vanadium et 5 à 15% d'aluminium, le restant étant du fer..
Lés constituants de l'agent d'addition sont, de préférence, mis au préalable sous forme d'un alliage prin- cipal mais ils peuvent ne pas être mis sous forme d'allia- ge ou ne l'être que partiellement et être utilisés sous forme d'une briquette de matière en petites particules.
De même, certains des constituants de cet agent peuvent être mis, de façon appropriée, sous forme de composés fa- cilement réductibles ou décomposables, tels que des nitrures, des nitrates ou des mélanges de ces corps. Toutefds, il est essentiel que lès constituants soient étroitement associés car des additions successives de plusieurs constituants, sé- parément faites à l'acier, ne donnent pas les résultats favorables de l'invention..
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En général, les résultats sont d'autant meilleurs que l'agent d'addition est plus complexe, c'est-à-dire que plus est grand le nombre des ingrédients désoxydants choisis dans les groupes ci-dessus.
Des alliages ayant sensiblement les compositions indiquées dans la table suivante sont des alliages types de ceux qui ont été utilisés avec succès pour la mise en pra-- tique de l'invention.
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Dans la mise en pratique du procédé suivant l'in- vention, il est préférable d'ajouter à l'acier fondu à trai- ter une quantité suffisante de l'agent d'addition selon l'invention pour que la teneur en silicium de l'acier soit augmentée d'environ 0,25%. Ie pouvoir désoxydant ou de raf- finage du grain peut être réglé ou modifié en ajoutant plus ou moins que la quantité de matière suffisante,pour augmen- ter la teneur en silicium des aciers d'environ 0,25%, ou bien à titre de variante,
la concentration du silicium par rapport aux autres constituants de l'agent d'addition peut être modifiee. Si l'on desire une moindre finesse de grain, une partie du silicium nécessaire pour la désoxydation peut être adoubée comme agent suivant l'invention et une partie comme ferro-silicium ordinaire et, si l'on désirè avoir une plus grande finesse de grain, on peut augmenter l'action de l'agent d'addition par une addition d'aluminium ou autre agent donnant de la finesse au grain.
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On peut ajouter la composition désirée à l'acier de toutes façons bien connues, par exemple dans le four, dans la poche ou dans le courant de matière fondue pendant la coulée. Lorsque l'on ajoute l'agent d'addition à l'acier, soit dans la poche, soit dans le courant de matière fondue, il faut , en géneral, utiliser un agent contenant moins de 50% de fer environ, de façon à réduire l'effet de refroi- dissement du fer. Si l'on ajoute l'agent à l'acier qui se trouve dans le four, la teneur en fer de l'agent peut être supérieure à 50%.
En choisissant les éléments de façon appropriée, on peut facilement obtenir une dimension de grain N 6 ou N 7 dans les aciers traités suivant l'invention. Dans la présente description "dimension de grain" est relative à la dimension austénitique ou dimension inhérente de grain déterminée par l'essai carburant McQuaid-Ehn effectué à une température de 925 pendant 8 heures, tel qu'il est défini par la spécification E 19-33 de l'American Society for Testing Materials. Le degré d'obtention de finesse du grain ou de désoxydation de l'acier par unité d'agent d'addition ajouté varie non seulement avec la combinaison d'éléments choisis mais également avec le type d'acier à traiter, de sorte que la quantité totale d'agent à ajouter à l'acier pour obtenir le meilleur résultat doit être déterminée à l'aide d'essais.
En général, cette quan- tité totale d'agent est inférieure à 5% et le plus souvent inferieure à 1%.
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Bien que les agents d'addition suivant l'invention soient particulièrement intéressants dans le traitement des aciers qui doivent être travaillés à chaud,l'invention
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est également applicable au traitement d'aciers qui doivent être utilisés pour faire des pièces coulées. Lorsqu'on les utilise dans ce dernier but, on a constaté que, dans oeaucoup de cas, on peut améliorer les caractéristiques de la pièce coulée si l'on ajoute la matière suivant l'inven- tion en quantité qui est suffisante pour désoxyder le mé- tal mais est insuffisante pour donner lieu à la formation d'inclusions nuisibles .
Des aciers traités conformément à la présente in- vention sont sains, sensiblement exempts d'inclusions non mé-calliques excessives et ils possèdent une ductilité et une résistance aux chocs qui sont meilleures. En outre, les inclusions en petit nombre, réparties daus ces aciers sont plus uniformes que diverses c'est-à-dire que la majorité des inclusions, qui en genéral accompagnent un traitement désoxydant produisant une petite dimension de grain , n'est pas sensible dans les aciers désoxydés conformément à l'in- vention jusqu'à ce que l'on obtienne un degré plus élevé de raffinage de grain que celui que l'on peut obtenir par addition d'aluminium seul.
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"ADDITION AGENT FOR MELTED FERROUS METAL"
The present invention relates to the treatment of molten steel to promote the formation of a fine grained structure and the removal of harmful impurities.
During fabrication, steels are contaminated with certain oxides and occluded gases which, if not removed almost completely or rendered harmless, adversely affect the quality and physical properties of the finished steel. In order to remedy the deleterious effects of these impurities, ferro-silicon or ferro-manganese or both are usually added to the steel as deoxidizers and this shortly before it is cast into ingots or under.
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other forms. To further increase the deoxidation and obtain a steel which is inherently fine grained with no tendency for grain to increase at elevated temperatures, a final addition of aluminum is generally made to the molten steel.
Aluminum additions made in amounts suitable herein and in the manner above indicated tend to produce steel containing non-metallic inclusions in harmful amounts and types. It has been proposed to use in place of aluminum other agents such as vanadium, zirconium or titanium, but none of these elements is completely satisfactory. In general, vanadium is too expensive to add in sufficient quantity to give the desired results and zirconium and titanium as used heretofore tend to give a steel containing many harmful non-metallic impurities. .
In accordance with the present invention, a steel is produced which is substantially free from harmful non-metallic, gaseous and solid impurities and exhibiting improved mechanical properties (including improved impact resistance) and excellent characteristics in terms of impact. the fineness of the grain, by adding to the steel, while it is molten, in the ladle or otherwise shortly before casting, an addition agent containing 25 to 0%; ,, = (preferably 35 at 55%) silicon, iron and at least two elements selected from the following three groups: (1) glucinium, magnesium, calcium, oarium, strontium, boron and aluminum; (2) titanium, zirconium, cerium, hafnium and thorium;
(3) vanadium, niobium and tantalum,
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elements of at least two of these groups each being present in an amount of at least 3%. Iron is present as an impurity or diluent which is inevitably introduced when making an economical and industrially practical material, and it should not exceed 65%. The total amount of the elements selected from the groups indicated above is preferably at least 10% but not exceeding 60% of the composition of the additive.
If the number of elements in this mixture is only 2, this total should preferably not exceed 25% of the composition of the addition agent and if this number is greater than 2, this total amount should not preferably not exceed 25% by more than 5% for each of those elements above 2. A preferred addition agent composition contains 45-65% silicon, 5-15% zirconium, 5-15% vanadium and 5 to 15% aluminum, the remainder being iron.
The constituents of the addition agent are preferably formed beforehand in the form of a main alloy, but they may not be formed into an alloy or be only partially so and be used. in the form of a briquette of material in small particles.
Likewise, some of the constituents of this agent may suitably be formed into easily reducible or decomposable compounds, such as nitrides, nitrates or mixtures thereof. However, it is essential that the constituents be closely associated since successive additions of several constituents, separately made to the steel, do not give the favorable results of the invention.
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In general, the better the results are, the more complex the additive is, that is to say the greater the number of deoxidizing ingredients selected from the above groups.
Alloys having substantially the compositions shown in the following table are typical alloys of those which have been used successfully in the practice of the invention.
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In the practice of the process according to the invention, it is preferable to add to the molten steel to be treated a sufficient quantity of the addition agent according to the invention so that the silicon content of steel is increased by about 0.25%. The deoxidizing or refining power of the grain can be adjusted or varied by adding more or less than the amount of material sufficient to increase the silicon content of the steels by about 0.25%, or as variant,
the concentration of silicon relative to the other constituents of the addition agent can be varied. If less graininess is desired, part of the silicon required for the deoxidation can be dubbed as an agent according to the invention and part as ordinary ferro-silicon and, if it is desired to have greater graininess , the action of the addition agent can be increased by adding aluminum or other agent giving the grain fineness.
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The desired composition can be added to the steel in any well-known manner, for example in the furnace, in the ladle or in the stream of molten material during casting. When adding the additive to the steel, either in the ladle or in the stream of molten material, it is generally necessary to use an agent containing less than about 50% iron, so as to reduce the cooling effect of iron. If the agent is added to the steel in the furnace, the iron content of the agent can be more than 50%.
By choosing the elements in an appropriate manner, one can easily obtain a grain size N 6 or N 7 in the steels treated according to the invention. In the present description "grain size" relates to the austenitic dimension or inherent grain size determined by the McQuaid-Ehn fuel test carried out at a temperature of 925 for 8 hours, as defined by specification E 19 -33 from the American Society for Testing Materials. The degree of obtaining fineness of the grain or of deoxidation of the steel per unit of addition agent added varies not only with the combination of elements chosen but also with the type of steel to be treated, so that the total amount of agent to be added to the steel to obtain the best result should be determined by testing.
In general, this total amount of agent is less than 5% and most often less than 1%.
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Although the addition agents according to the invention are of particular interest in the treatment of steels which are to be hot worked, the invention
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is also applicable to the treatment of steels which are to be used to make castings. When used for the latter purpose, it has been found that in many cases the characteristics of the casting can be improved if the material according to the invention is added in an amount which is sufficient to deoxidize the casting. metal but is insufficient to give rise to the formation of harmful inclusions.
Steels treated in accordance with the present invention are sound, substantially free of excessive non-metallic inclusions, and have improved ductility and impact resistance. In addition, the inclusions in small number, distributed in these steels are more uniform than various, that is to say that the majority of inclusions, which in general accompany a deoxidizing treatment producing a small grain size, is not sensitive. in steels deoxidized according to the invention until a higher degree of grain refinement is obtained than that which can be obtained by adding aluminum alone.