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Procédé de fabrication de l'acier.
Cette invention se rapporte à un acier nouveau mieux usinable, ainsi qu'à un procédé pour la fabrication de cet acier.
Pour rendre l'acier mieux usinable, il est connu d'y ajouter du soufre. L'élaboration de l'acier au soufre dans les foyers à découvert est très simple, en ce sens que le soufre en batons est ajouté au métal fondu pendant qu'on le coule dans la poche. La difficulté se présente lors du laminage de l'acier dans le train dégrossisseur où les lingots ont une tendance à se crevasser dans les cylindres par suite de leur état cassant ou aigre à chaud. La théorie qui explique ce phénomène est que le soufre ajouté à l'acier forme du sulfure dé fer qui émigre aux limites des grains dans l'acier.
Ce sul- fure de fer présente un faible point de fusion qui donne lieu à un état tel que quand l'acier est soumis au laminage il se sépare ou se fissure à ces limites des grains par suite de l'état liquide du sulfure de fer à la température du laminage.
On remédie à cette situation dans une certaine mesure en incor- porant dans l'acier un grand pourcentage de manganèse, le soufre se combinant avec le manganèse pour former un sulfure de manganèse, empêchant ainsi la production de sulfure de fer.
Le sulfure de manganèse reste dans l'acier sous forme d'inclu- sions globulaires qui. n'émigrent pas vers les limites des grains, ce qui donne lieu à une production moindre de sulfure de fer.
On a constaté que les aciers au soufre obtenus par le procédé Bessemer qui consiste à brûler le carbone contenu dans l'acier en faisant passer un courant d'air au travers du métal fondu, ne sont pas sujets à l'état d'aigreur à chaud" dans la même mesure que l'acier élaboré au foyer à découvert. Dans ce procédé, une grande quantité d'oxygène passe au travers de l'acier, ce qui provoque probablement la production d'un com- posé différent du sulfure de fer, et donne par conséquent lieu à un acier moins sujet à l'aigreur à chaud. On a aussi remarqué que l'acier au soufre à faible teneur en carbone se laisse habituellement mieux laminer que l'acier au soufre à haute teneur en carbone.
Il est probable que ceci est dû au fait que les aciers à faible teneur en carbone contiennent beaucoup plus d'oxygène en solution que les aciers à forte teneur en carbone.
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On a aussi trouvé que lorsqu'on procède à des additions de soufre dans un acier complètement calmé, une faible quantité de soufre donne lieu à un état cassant a chaud lors du laminage.
Il est possible que ceci soit dû au fait que les aciers calmés sont sensiblement désoxydés.
La demande actuelle des consommateurs d'aciers en aciers de tous genres susceptibles d'être utilisés dans les machines automatiques et d'être usinés très aisément, a pris un développement considérable, au point de créer le problème de la production dans les fours à découvert d'aciers à teneur en soufre qui ne sont pas sujetsà l'aigreur à chaud lorsqu'ils sont soumis au laminage. Il existe différents procédés compor- tant l'addition de soufre par d'autres moyens que l'emploi de soufre en bâtonnets; par exemple, on connaît des procédés où le soufre est ajouté sous forme de sulfure de molybdène et de sulfure de manganèse.
L'invention a notamment pour buts: de créer un procédé perfectionné pour l'élaboration d'aciers de grande usinabilité en débarrassant l'acier des in- clusions et des conditions provenant de procédés de fabrication qui réduisent la durée de l'outil; de créer un procédé de fabrication perfectionné pour ajouter le soufre à l'état oxydé dans vn acier calmé, tel que l'acier obtenu dans un foyer à découvert ; d'obtenir la quantité voulue de soufre dans un acier et d'en améliorer simultanément les propriétés de laminage et d'usinage par l'addition de soufre à l'état de sulfite ou de bisulfite de sodium;
d'expulser les aluminates et les silicates et autres inclusions qui sont susceptibles de porter préjudice au lami- nage ou de nuire à la durée de l'outil, en scorifiant ces constituants de l'acier par l'addition d'une forte base ou d'un composé qui se décompose à la température de 1'scier fondu pour former une base énergique avant la coulée de la matière dans les lingotières.
Cette invention comprend des aciers présentant géné- ralement des compositions standards ou des aciers spéciaux dans lesquels on augmente la teneur en soufre par l'addition de soufre à l'état oxydé tel que le sulfite et le bisulfite de so- dium. Fn même temps que l'addition de soufre, il est préférable d'ajouter ou de prévoir la présence d'une base énergique telle que l'oxyde de sodium avant la décomposition du composé de soufre. Sous ce rapport, les sulfites de sodium conviennent particulièrement, car ces produits chimiques lorsqu'ils sont ajoutés au métal fondu se décomposent ou se dispersent dans l'oxyde de sodium et l'oxyde de soufre.
Le métal en fusion absorbe le soufre, probablement sous forme d'oxyde, tandis que l'oxyde de sodium est partiellement volatilisé et réagit partiellement avec toutes inclusions de nature acide dans le métal, telles que les silicates et les aluminates qui se sco- rifient très facilement et peuvent ainsi être enlevés de l'acier. L'emploi d'un produit chimique de cette nature a pour effet d'introduire dans l'acier du soufre sous une forme diffé- rente et de supprimer en même temps certaines des inclusions réfractaires préjudiciables, telles que les silicates. Les aciers obtenus par l'addition de ces corps chimiques ont révélé de meilleures qualités physiques sous différents rapports.
Ces aciers se laminent mieux, ne présentent pas le défaut d'être
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cassants ou aigres à chaud; c'est-à-dire qu'ils ne sont pas sujets à la formation de crevasses et de fissures qui doivent être burinées avant le laminage subséquent, dans la même mesure que les aciers formés à l'aide de soufre en bâtonnets; en outre ils sont supérieurs tant comme durée qu'en ce qui concerne la vitesse de coupe. On suppose que cet usinage meilleur est dû au fait que les inclusions des composés de soufre sont finement divisées et uniformément réparties en raison de la présence de soufre à l'état libre dans le métal par suite de la décomposi- tion du sulfite. Il est à supposer a.ussi que la durée supérieure de l'outil est due à l'élimination de toutes inclusions préju- diciables.
Comme les inclusions telles que les silicates et les aluminates ont une nature très réfractaire , elles agissent de manière à émousser les outils très rapidement. Les résultats exposés ci-dessous indiquent que l'usinabilité assurée par le procédé suivant l'invention avec un, plus faible pourcentage de soufre est plus grande que celle obtenue jusqu'à présent.
Bien que le procédé suivant l'invention soit parti- culièrement applicable à des aciers tels que ceux qui sont indiqués dans les exemples qui suivent, d'autres nuances qui nécessitent une faible teneur en soufre en vue d'obtenir les propriétés physiques voulues peuvent tirer avantage de l'addi- tion de composés qui se convertissent en bases énergiques dans -le métal fondu permettant une scorification de l'oxyde avec les inclusions et conséquemment leur élimination facile de l'acier.
On donnera un exemple d'un acier élaboré par le procé- dé suivant cette invention. On prépare une charge particulière présentant la composition suivante:
C Mn Ph S Si Grains 0. 55 à 0. 60 0. 60 à 0. 90 0.04 max 0. 04 à 0. 07 0. 15 à 0. 30 fins L'analyse de la charge dans la poche de coulée après achèvement accusait :
C Mn Ph S Si Grains
0. 55 0. 75 0.016 0. 045 0. 19 fins
L'addition de soufre à cette charge se fit en ajoutant 350 livres de bisulfite de soude anhydre, aussi appelé pyro- sulfite de sodium, dans la poche de coulée après le manganèse et le silicium. Par cette addition on augmenta la quantité de soufre de 0,025 résiduel dans la charge à 0.045.
Ceci équivaut à une addition de 0,020 points de soufre au moyen de bisulfite de sodium. L'échantillon se lamina très bien dans le dégrossisseur et dans le train à fers mar- . chands. Une partie de l'échantillon fut laminée en barres rondes qui furent ultérieurement usinées de 1 1/16 pouces environ à 1 pouce environ, comme dans la pratique courante. Les barres furent usinées à la vitesse de 85 pieds linéaires par heure au lieu de la vitesse de 69 pieds linéaires par heure des barres provenant d'autres échantillons de même analyse à la poche, sauf en ce qui concerne le soufre additionnel.
On a constaté aussi que la durée de l'outil était trois fois plus longue pour l'acier traité que pour l'acier non traité; c'est- à-dire qu'on tourna environ neuf barres par outil au lieu de une à trois barres par outil avec l'acier non traité.
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Suivant un autre exemple de réalisation de ce procédé on élabora un échantillon présentant la composition suivante:
EMI4.1
L±. : iJm ±,¯Ph ¯¯à¯¯ S¯¯z¯ Si¯¯1 :0.8g O. 48:' . 017-: 7023-: . 2ï--7
En vue d'arrêter la répartition de soufre dans toute la passe d'un lingot pendant l'addition de bisulfite de sodium dans un moule de 26 pouces, on ajouta 6,6 livres de bisulfite de sodiur au premier lingot de cette charge. Le poids du lingot était de 9500 livres; la récupération de soufre atteignit en- viron 70%. Le premier et le second lingot étaient mouchetés et des échantillons furent prélevés pour l'analyse du soufre, le second lingot étant choisi pour donner une comparaison entre le premier lingot et le restant de la charge.
L'analyse en/ce qui concerne le soufre s'établit comme suit :
EMI4.2
: . -=======--==--===I¯lër:-ïingot==-:-2d:1 t---: sommet ...................... 0.035 S . 0.023 S
EMI4.3
<tb> centre <SEP> 0.035 <SEP> S <SEP> 0.022 <SEP> S
<tb> base <SEP> 0.035 <SEP> S <SEP> 0.021 <SEP> S
<tb>
Il n'y eut pratiquement pas formation de laitier au sommet du second lingot ou lingot non traité. Dans le premier lingot on constata une formation notable de laitier au sommet du lingot.
Ceci provenait de la conversion de bisulfite de sodium en oxyde de sodium et anhydride sulfureux. L'oxyde de sodium se volatilisa en partie, mais se combina dans une forte mesure avec les produits acides de la réaction du procédé de réduction utilisé pour calmer les aciers obtenus dans les fosses à foyer ouvert.
Un échantillon du laitier formé au sommet du lingot accusait à l'analyse
FeO .................. 3,24
MnO .,................ 5,55
EMI4.4
S102 .................. 36,14 A1203................. 28,77 chaux ................ néant S .................. 1,27
EMI4.5
Na20 .................. 21,15
Cette analyse montre le grand pourcentage de silicates -et d'aluminates qui s'étaient combinés avec l'oxyde de sodium provenant de la décomposition du sulfite, enlevant ainsi ces inclusions de l'acier.
Pour le comparaison des propriétés physiques, la charge mentionnée ci-dessus en premier lieu fut comparée dans ce rapport à une charge ayant la même composition où l'on avait ajouté du soufre en bâtonnets comme moyen d'introduire le soufre dans l'acier. Cette comparaison s'établit comme suit :
EMI4.6
. Ckarge nO.65.504 avec du bi-sulfite de sodium "7LIm:6Ïasticue-;- Traction Allongement /" Réduction Choc¯¯¯.
¯¯¯¯¯¯¯-.#.-¯¯¯¯¯¯.. leieds livres: 59,930 107,S80 25.0 44.9 -17! 21 58,920 ; 107,650 : 23.0 44.9 :17z : 17j : 58,920 ; 107,650 ; 25.0 44.0 17 17z :
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EMI5.1
CÀ8.rge nO.73.843 avec du soufre en bâtonnets.
EMI5.2
:Lim.-é-lâstique :Traction Àà%iOEOEÉ 1 RédùcÉiôìÎ%T ¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯:¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ,,¯ :Pieds Livres :56.920 : 108.900 21.0 39.46:10 .'"
EMI5.3
<tb> :58.420 <SEP> :109.880 <SEP> 20. <SEP> 0 <SEP> 39.1 <SEP> : <SEP> 101/2: <SEP> 9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 56.420 <SEP> :108.650 <SEP> 20.5 <SEP> 39.4 <SEP> : <SEP> 11 <SEP> : <SEP> 11 <SEP> @
<tb>
EMI5.4
W@@éZi7%OEQfilbµ#±%t±µ h¯µl¯@µ%±É/T
EMI5.5
<tb> 65.504 <SEP> :0.55 <SEP> : <SEP> 0.75 <SEP> :0.016 <SEP> : <SEP> 0.45 <SEP> : <SEP> 0. <SEP> 19
<tb> 73.843 <SEP> :0.55 <SEP> : <SEP> 0.63 <SEP> :0.020 <SEP> : <SEP> 0.52 <SEP> : <SEP> 0.13
<tb>
Au microscope d'un grossissement de 2000 diamètres, les inclusions dans la charge au bisulfite apparaissent plus faibles et sous une forme très irrégulière, tandis que dans l'autre charge elles apparaissent plus grandes.et avec un contour plus uni.
On a donné ci-dessus des exemples spécifiques détermi- nés de l'addition du soufre sous forme de bisulfite de sodium à des aciers d'une composition définie. D'autres bisulfite du groupe des métaux alcalins possèdent approximativement les mêmes propriétés chimiques en ce qui concerne les buts visés par.la présente invention. Bien que l'emploi d'un sulfite ou d'un bisulfite pour obtenir l'anhydride sulfureux à l'état libre à une température relativement basse constitue une partie de l'invention, on peut employer d'autres sulfures de métaux; il suffit simplement pour obtenir les résultats de l'invention que le sulfure métallique se décompose à la température du mé- tal en fusion en cones de traitement pour donner de l'anhydride sulfureux.
Il doit être entendu que le procédé suivant l'inven- tion peut être appliqué simultanément avec d'autres procédés pour conférer les mêmes qualités ou d'autres qualités à l'acier.
Par exemple, certains avantages du procédé suivant l'invention peuvent être obtenus par l'addition simultanée de soufre à l'état libre pour augmenter davantage la teneur en soufre de l'acier. Il est bien entendu que l'invention s'étend à l'emploi du procédé pour tous les aciers renfermant des alliages auxquels l'invention est applicable, et à toutes les variantes du pro- cédé tombant dans le cadre des revendications ci-dessous.
REVENDICATIONS ---------------------------
1) Procédé de fabrication d'un acier mieux usinable, consistant à ajouter à une masse d'acier en fusion un sulfite métallique qui se décompose à la température de cette masse fondue pour donner une proportion notable de soufre à l'état d'anhydride sulfureux.
2) Procédé de fabrication d'un acier mieux usinable, consistant à ajouter à une masse d'acier en fusion un sulfite de sodium.
3) Procédé de fabrication d'un acier mieux usinable, consistant à ajouter du bisulfite de sodium à une masse d'acier en fusion.
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