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ACIER AFFINE PAR SOUFFLAGE A FAIBLE TENEUR EN CARBONE ET PROCEDE POUR SON
EMI1.1
,- i . . ELABORATION. ¯ . ¯ . . ., , .
La présente invention est relative à un acier affiné par soufflage à teneur moyenne en carbone très faible de l'ordre de moins de 0,015 %, cet acier étant particulièrement destiné aux constructions, dans lesquelles il im- porte que la matière soit dure'et garde sa dureté, même à l'état vieillie En d'autres mots, l'acier aura une faible tendance à subir ce que l'on appelle une cassure nette.
La dureté requise dans ce domaine d'application sera déter- minée par des teneurs comparativement élevées en d'autres substances durcis- santes que le carbone, telles que, de préférence, le phosphore et/ou l'azoteo
Des cassures nettes (cassures sans déformation) se produisent dans les qualités d'acier ordinaires aux vitesses élevées de la charge (tension d' impact), dans les cas de tensions multi-axiales (par exemple, aux endroits où sont ménagées des encoches) et aux basses températures., L'essai le mieux à la portée de la main pour se rendre compte de la tendance de l'acier à subir des cassures nettes est l'essai aux chocs ordinaire, par exemple selon Charpy, exécuté à différentes températureso En exécutant ces essais dans un intervalle de températures élevé, on obtient, pour l'énergie absorbée, des valeurs éle- vées,
qui sont relativement indépendantes de la températureo Lorsqu'on diminue la température de l'essai, l'énergie absorbée décroît jusqu'à de très faibles valeurs dans un intervalle de températures généralement assez limité. Il sera alors possible de considérer la valeur de température moyenne dans cet inter- valle (appelée ci-après "température de transition") comme valeur critique de la tendance aux cassures nettes.
Plus cette valeur est élevée, plus l'acier est de mauvaise qualité, en ce qui concerne sa tendance à subir des cassures nettes.
Par mise sous tension et stockage subséquent pendant un temps assez . long à température -ordinaire ou par traitement pendant quelques heures à une température quelque peu plus élevée, par exemple à 200 C, il se produit dans les propriétés de l'acier des changements généralement désignés sous l'appella- tion de "vieillissement" et donnant notamment lieu à une augmentation plus ou
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moins considérable de la température de transition, lors de l'essai aux chocs.
Comme une tension locale est souvent difficile à éviter, l'acier d'une cons- truction doit souvent être considéré comme vieilli, en ce qui concerne sâ ten- dance à subir des cassures netteso Dans les soudures, des tendances aux cassu- res similaires se produisento La tendance aux cassures nettes dans les soudures suit, ainsi qu'on l'a constaté, la tendance au vieillissemento
La température de transition de l'acier à l'état sollicité ou tendu et vieilli peut être considérée comme étant égale à la somme de la température de transition de l'acier avant mise sous tension et de l'augmentation obtenue par le traitement de vieillissement.
La température de transition avant mise sous tension semble également dépendre des propriétés de vieillissement de l'a- cier, à tel point qu'un acier tendant à vieillir possède, en règle générale, une température de transition élevée, tandis qu'un acier résistant au vieillis- sement possède une faible température de transition à l'état non-vieillie
A présent, on n'a pas encore recherché jusqu'à quel point les élé- ments présents dans l'acier sont capables d'affecter les propriétés de vieillis- sement et la tendance à se briser par fragilité du dit aciero Toutefois, on considère généralement que le carbone, l'azote et dans une certaine mesure aus- si le phosphore sont les composants les plus actifs dans le processus de vieil- lissement.
Comme le carbone est l'élément, à l'aide duquel la dureté de l'acier sera le plus communément contrôlée, et comme la possibilité de diminuer la te- neur en carbone dans les procédés ordinaires d'élaboration de l'acier jusqu' aux valeurs faibles qui se sont avérées nécessaires dans ce cas n'a pas encore été examinée en détail, lorsqu'on produisait de l'acier avec l'intention d'obte- nir une faible température de transition pour cet acier à l'état sollicité et vieilli, on a observé tout d'abord que la teneur en azote doit être mainte- nue en dessous d'une certaine limite.
Ceci revête une grande importance, parti- culièrement lors de la production d'acier non complètement désoxydé (acier semi- calmé ou effervescent)o Dans l'acier complètement désoxydé (acier calmé) et particulièrement dans l'acier calmé au moyen d'aluminium, la température de transition sera souvent suffisamment basse pour les applications ordinaires, même lorsque l'acier en question présente des teneurs relativement élevées en azote.
La présente invention est basée sur la découverte, selon laquelle la tendance aux cassures nettes peut être contrecarrée en abaissant la teneur en carbone jusqu'à des valeurs très faibles, tout en maintenant des teneurs élevées:) par exemple en azote et/ou en phosphore, qui sont requises pour main- tenir à l'acier la dureté désirée et qui eussent donné lieu à une forte tendan- ce aux cassures nettes dans de l'acier à teneur normale en carbone.
Grâce à cette découverte, les qualités d'acier affiné par bessemerisation peu- vent être rendues complètement utilisables pour les applications de construc- tion, malgré leur teneur relativement élevée en azote.
Eu égard à ce qui a été dit ci-dessus, l'acier affiné par soufflage, présentant une faible tendance à subir des cassures nettes suivant la présente invention, se caractérise essentiellement par le fait que sa teneur en carbone est inférieure à 0,015 % et avantageusement de 0,01 % au maximum, l'acier en question contenant simultanément au moins un des éléments azote et phosphore en quantités suffisantes pour obtenir la dureté désirée. La teneur en azote doit, de préférence, être comprise entre 0,010 % et 0,030 %, tandis que la te- neur en phosphore doit, de préférence, être comprise entre 0,060 et 0,150 %.
Lorsque l'acier contient à la fois de l'azote et du phosphore, la somme de la teneur en phosphore et de la teneur en azote multipliée par 10 doit, de préfé- rence, s'éleverà 0,15 - 0,30%.
On a constaté que-la réduction de la teneur en carbone n'exerce pas d'effet notable avant que cette teneur ne soit ramenée en dessous de 0,015% environ. A cette valeur, il se produira toutefois une amélioration très pronon- cée, en ce sens que la température de transition de l'acier à l'état non vieil- li diminuera considérablemento Il se peut que la mise sous tension et le vieil- lissement artificiel produisent une certaine élévation de la température de transition, notamment dans les aciers à plus forte teneur en carbone, mais cette
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élévation s'arrête à des valeurs, qui, dans de l'acier normale de résistance correspondante, peuvent seulement être obtenues à de très faibles teneurs en phosphore et lors d'une désoxydation complète au moyen de silicium et/ou d' aluminiumo L'amélioration ira en s'accentuant,
lorsque la teneur en carbone est réduite.
Une limite normale supérieure vers laquelle on tendra est 0,012 %, mais dans le cas où des résultats extrêmement bons sont souhaités, la teneur moyenne en carbone de l'acier n'excèdera pas 0,010 % et sera, de préférence, ramenée jus- qu'à 0,005 % environ.
Des teneurs en carbone de cet ordre de grandeur sont difficiles à déterminer avec précision. Une erreur de quelques millièmes de pourcent peut toujours se produire, lorsqu'on applique les méthodes analytiques connues jus- qu'à présent,, même lorsqu'elles sont exécutées avec grande précision. Toutefois, on a constaté qu'un bon contrôle du fait que la teneur en carbone est suffisam- ment basse peut, dans de nombreux cas, être obtenu simplement en étudiant la manière dont se produit la solidification de l'acier non désoxydéo Il ne se produira aucun dégagement gazeux ou il ne s'en produira en tout cas qu'un ex- trêmement faible au cours du processus de solidification, dans le cas où la teneur en carbone a atteint une valeur suffisamment faible.
Il est également possible d'examiner.subséquemment au microscope si la teneur en carbone est suffisamment basse. Les valeurs de carbone constituant la base pour les limites susmentionnées de la teneur en carbone ont été obtenues après de longues expé- riences, en utilisant des méthodes exactes d'analyse chimique et en observant la précision la plus grande possible.
Dans le cas où les essais exécutés sur les aciers par l'une quel- conque des méthodes précitées ne donneraient, pour une raison quelconque, pas de résultats sûrs, il reste toujours possible de mettre au point un mode d'é- laboration pour 1-'acier, qui permettes par expérience, d'atteindre une teneur en carbone suffisamment basse pour obtenir les propriétés désirées.
On a remarqué avec stupéfaction, ainsi qu'il a déjà été dit, que la tendance à subir des cassures nettes d'un acier, à très faible teneur en carbone, n'est affectée que de manière négligeable, si même elle l'est, par la teneur en azote de l'acier. L'acier peut contenir jusqu'à 0,030 % environ d'azote et même un peu plus,, sans qu'on doive craindre d'inconvénients à ce point de vue. Gomme la teneur en azote augmente la résistance de l'acier et semble avoir tendance à diminuer les dimensions des particules formant la struc- ture de l'acier, une forte teneur en azote sera même avantageuseo Une teneur en azote d'au moins 0,010 % sera convenable.
Le phosphore s'est, ainsi qu'il convient de le remarquer, également révélé un agent d'alliage approprié pour augmenter la dureté de l'acier. Une teneur allant jusqu'à 0,15 % de phosphore peut avantageusement être contenue dans l'acier, dans ce but, sans altération de la résistance aux chocs de l'a- ciera On a remarqué, par ailleurs, qu'à des teneurs en phosphore de 0,060 %, il se produit déjà une augmentation notable de la résistance de l'acier.
L'acier doit contenir une certaine quantité de manganèse. Ainsi, son aptitude au travail à chaud sera améliorée. Plus la teneur en soufre de ' l'acier sera élevée, plus sa teneur en manganèse devra être élevée. Il est à noter que l'alliage de manganèse à ajouter à l'acier avant sa coulée doit avoir une teneur suffisamment basse en carbone. De même, des agents désoxydants plus forts, tels que le silicium, peuvent également être ajoutés à l'aeiero La teneur de ce dernier en oxygène sera ainsi simultanément réduite, ce qui peut être souhaitable dans certains cas. Lorsque l'acier est complètement désoxydé au moyen d'aluminium, éventuellement en combinaison avec du silicium, il présente une température de transition extrêmement basse.
Dans la plupart des cas, des propriétés tout à fait satisfaisantes seront, toutefois, aussi acquises à 1-'acier, sans autres additions désoxydantes que le manganèse, bien que ce métal ne soit pas en mesure de réduire la teneur en oxygène de l'acier dans une mesure remarquable.
La présente invention concerne également un procédé pour élaborer la nouvelle qualité d5acier. La teneur en carbone extrêmement basse, à laquelle
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on se rapporte dans l'invention, ne peut être obtenue dans le raffinage de mi- nerais,tel qu'il se pratique couramment dans les fours à sole ou dans les fours électriques à pression atmosphérique. Pour exécuter l'affinage de l'acier jusqu'à obtenir des teneurs extrêmement faibles en carbone, il est nécessaire que la pression partielle de l'oxyde de carbone formé soit considérablement réduite. Il serait possible d'atteindre ce résultat en exécutant l'affinage final sous vide,mais cette méthode est, toutefois, compliquée et ordinairement trop coûteuse en pratique.
Suivant la présente invention, on a choisi une autre voie, à savoir l'élimina- tion par lavage de l'oxyde de carbone formé, au moyen d'un gaz totalement ou presque totalement exempt de constituants carbonés, afin d'obtenir une pression partielle suffisamment basse de l'oxyde de carbone dans la phase gazeuseo Le gaz exempt de carbone (exempt d'oxyde de carbone), tel que l'air, peut, dans ce cas, être soufflé à travers le bain d'acier, comme dans le procédé Bessemer ordinaire ou éventuellement être soufflé vers le bain à partir du dessuso Le mode d'affinage appliqué selon l'invention peut ainsi se caractériser, de ma- nière générale, par l'expression "affinage par soufflage".
Lorsqu'on pratique l'affinage par soufflage d'air ou d'un autre mélange gazeux oxygéné, il peut cependant se faire qu'un pourcentage trop éle- vé de fer soit oxydé et transformé en scorie, avant que la teneur en carbone ait été réduite dans la mesure voulue. Pour éviter de semblables inconvénients, des mesures spéciales sont prises, suivant l'invention, qui permettent de ré- duire la teneur en carbone jusqu'à des valeurs extrêmement faibles, tout en maintenant simultanément les pertes de fer par oxydation et la formation de scories à un niveau suffisamment bas.
Ces mesures spéciales consistent, en sub- stance, à veiller à ce que le bain d'acier contienne, pendant l'affinage par soufflage, un agent réducteur présentant pour l'oxygène une plus grande affi- nité que le fer, cet agent réducteur étant présent en quantité suffisante pour contrecarrer l'oxydation du fer. En fait, il s'est révélé que, lorsqu'on souf- fle un gaz fortement oxydant ou un mélange gazeux exempt ou sensiblement exempt de carbone à travers ou sur un bain de fer à faible teneur en carbone, la teneur en carbone de celui-ci peut être ramenée en dessous de 0,015 %, même dans le cas où le bain d'acier contient des teneurs modérées en substances, telles que le silicium, présentant pour l'oxygène une plus grande affinité que le fer.
Dans ce cas, le silicium sera évidemment oxydé en premier lieu, mais il se produira en même temps une certaine oxydation du carbone. Toutefois, si, seule la teneur en silicium est maintenue au-dessus d'un certain-niveau, éven- tuellement par des additions réitérées de silicium pendant l'affinage, la te- neur en carbone peut pratiquement être réduite dans n'importe quelle mesure, sans que se produise une oxydation considérable du fer, à condition que le gaz employé pour l'affinage soit exempt de carbone. Par l'oxydation de l'agent réducteur, tel que le silicium, la chaleur supplémentaire, nécessaire pour l' exécution du procédé, sera simultanément obtenue. Le gaz utilisé pour le souf- flage peut être de l'air ordinaire.
Suivant l'invention, on peut aussi employer de l'air enrichi en oxygène, en particulier si la teneur plus élevée en oxygène est souhaitable au point de vue économie de chaleur. Dans ce cas, il peut être plus avantageux de souffler le gaz vers la surface du bain, puis à travers ce- lui-ci. On peut également faire usage de vapeur d'eau ou, si on le désire, d' un mélange de vapeur d'eau et d'un autre gaz ou mélange gazeux, qui doit alors présentera de préférence, une teneur relativement élevée en oxygène libre, pour donner lieu à une production suffisante de chaleur.
Selon les données spécifiées ci-dessus, on peut dire que le procédé suivant l'invention se caractérise essentiellement par le fait que l'acier à faible teneur en carbone est élaboré par affinage par soufflage en présence d' une quantité telle d'un agent réducteur, à affinité pour l'oxygène plus grande que le fer, que l'oxydation du fer soit contrecarrée. Pour arriver à une teneur suffisamment élevée en azote, le soufflage peut se faire, pendant une courte période du soufflage final, à l'aide d'azote gazeux uniquement.
Le procédé peut, de préférence, être exécuté de la manière suivantes
Un bain d'acier à teneur relativement faible en carbone, par exemple à teneur en carbone de l'ordre de 0,05 % ou un peu moins, est produit par un
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procédé connu en soi, par exemple au four à sole ou, de préférence,, par le procédé Bessemer acide. Le bain d'acier est débarrassé des scories formées pendant le traitement précédent.,Si. lorsqu'on utilise un procédé d'affina- ge acide, la teneur en silicium du bain d'acier est faible, on ajoute une certaine quantité de silicium, après quoi on souffle de l'air. Le silicium sera alors oxydé, de même qu'une partie du carbone restant.
Plus on souffle de l'air à travers le bain, plus la teneur en carbone de ce dernier sera faible, mais plus la quantité de silicium nécessaire est également élevée.
Toutefois, comme il est souhaitable de maintenir la teneur en silicium à un niveau relativement faible,, par exemple en dessous de 0,5 %, pendant tout le procédé, il convient, afin de réduire la teneur en carbone jusqu'aux valeurs très faibles désirées, d'ajouter la quantité de silicium nécessaire par por- tions, à des intervalles espacés, pendant l'exécution du traitement d'affina- ge. Grâce à la présence de silicium, l'oxydation du fer sera fortement contre- carréeo Afin de réduire encore davantage les pertes en fer due à la formation de silicàtes de fer, il convient d'introduire dans le bain des composants de scories, qui, comme la chaux, se combineront plus facilement que l'oxyde de fer avec la silice, pour former des silicates.
D'autres substances que le silicium'peuvent aussi être employées pour contrecarrer l'oxydation du fer, éventuellement en même temps que le silicium.
Parmi ces autres substances, on peut, par exemple, mentionner le manganèseo De plus, le phosphore s'est révélé, dans les procédés basiques, être un agent d'alliage très approprié pour ce but. Une condition nécessaire également dans ce cas est, toutefois, qu'une quantité suffisante de chaux soit présente, pour. se combiner avec l'oxyde phosphoreux, en formant, du phosphate calcique, sinon le phosphore est s'oxydera pas dans une mesure appréciable avant le fer.
Au cours d'essais pratiques, on a constaté qu'il est possible de réduire la teneur en carbone jusqu'à 0,005 % sans pertes considérables en fer, en soufflant de l'air à travers un bain d'acier, qui contenait initialement 0,04% de carbone et 1,5 % de phosphore, si le soufflage est exécuté dans un four à revêtement basique et en présence de chaux.
Des essais pratiques étendus ont montré que dans le procédé Besse- mer basique (procédé Thomas), il est possible d'obtenir des conditions permet- tant une production directe d'acier à teneur en carbone inférieure à la limi- te susénoncée de 0,015%. Ceci est dû au fait que la teneur en carbone est ame- née, par ce procédé. à une valeur très faible, tandis qu'une quantité considé- rable de phosphore est encore présente dans l'acier.
La majeure partie du phos- phore ne sera pas oxydée avant la formation d'une scorie fluide fortement ba- sique de la chaux ajoutée au début du soufflage avec d'autres oxydes formés par l'oxydation principalement de Si, Mn et Fe dans la fnte laquelle forma- tion de scorie aura lieu quelques minutes avant la fin du soufflage, c'est-à- dire au moment où les flammes "tombent". Pendant le soufflage subséquent ou final, le phosphore s'oxydera sans oxydation simultanée considérable du fer, à cause de la grande affinité de la chaux pour l'oxyde de phosphore. Toute- fois., en même temps, la teneur en carbone diminuera encore davantage, à cause de la faible pression d'oxyde de carbone dans le gaz.
Pour obtenir les faibles teneurs désirées en carbone, lorsqu'on applique le procédé Bessemer basique, il est nécessaire, d'une part,, que la teneur en phosphore de la fonte soit suffisamment élevée et, d'autre part, que la formation de scorie se produise au cours d'un stade relativement tar- dif du soufflage, de façon que la teneur en carbone ait eu le temps d'être réduite dans une mesure suffisante, avant que se produise une oxydation consi- dérable du phosphore. Les conditions sont les suivantes :. addition d'une quan- tité relativement grande de chaux en gros morceaux ou blocs et basse tempéra- ture pendant la phase initiale du soufflage.
Pour retarder la formation de la scorie, il peut aussi être avantageux de ne pas ajouter la chaux au début du soufflage, comme on le fait dans le procédé ordinaire,, mais de faire cette ad- dition plus tard, lorsque la teneur en carbone a été sensiblement réduite. Le soufflage final ou post-soufflage doit, contrairement au soufflage préliminai- re, avoir lieu à une température comparativement élevée, de telle sorte que l' oxydation du carbone restant sera favorisée.
L'expérience a montré que le pro-
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cédé doit être conduit de façon que la teneur en carbone soit réduite à moins de 0,04 %, avant que la teneur en phosphore ait été ramenée à moins de 1,5 %o
En outre, on a constaté qu'il est très important que le revête- ment du four ne contienne pas de carbone en quantités telles que la teneur en carbone du bain augmente par suite deI'inévitahle attaque du revêtement du four. Le mélange réfractaire de dolomite et de goudron, toujours utili- sé dans le procédé Bessemer basique, ne convient pas à ce point de vue.
Dans les convertisseurs à revêtement frais, la teneur en carbone sera beau- coup trop élevée. Un revêtement exempt de carbone, tel que dolomite ou ma- gnésite, donne des résultats beaucoup meilleurs. Il est spécialement impor- tant que les endroits du fond du convertisseur par lesquels se fait le souf- flage soient en une matière aussi exempte de carbone et aussi résistante que possible.
En observant les mesures susdites, il sera possible de réduire la teneur en carbone de l'acier à moins de 0,010 %. On a même constaté qu' il est possible d'obtenir cette teneur en carbone, en maintenant dans l'acier une teneur relativement élevée, par exemple de l'ordre de 0,060 à 0,150%, en phosphore, cette teneur en phosphore s'étant avérée appropriéedans l'acier,. afin d'obtenir les propriétés désirées de résistance. Au besoin, il est'''également possible à un ou plusieurs stades du soufflage d'introduire dans le bain un alliage fer-phosphore exempt de carbone, en sorte que la période de souffla- ge peut être prolongée sans risque d'une plus forte oxydation du fer.
Le fait que le soufflage peut être interrompu, lorsqu'on est en présence d'une teneur relativement élevée en phosphore, est avantageux en ce sens que la perte de fer et de manganèse résiduel, par formation de scorie, sera simultanément réduite. Par une teneur accrue en manganèse dans la charge, obtenue, par exem- ple, en ajoutant du minerai de manganèse pendant l'affinage, il est possible d'obtenir la teneur voulue en manganèse, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter du ferro-manganèse au moment de la coulée. La teneur en oxygène de l'acier se- ra également d'autant plus faible que le soufflage pourra être interrompu plus tôt, ce qui a son importance pour la qualité de l'acier.
La teneur en azote de l'acier sera généralement relativement élevée dans les conditions adoptées en pratique, étant donné que la teneur en carbo- ne doit, suivant l'invention, être réduite jusqu'à la valeur la plus basse possible. Toutefois, ainsi qu'il a déjà été signalé, l'azote et le phosphore sont utilisés dans la qualité d'acier suivant l'invention pour conférer à cet acier la résistance voulue. Eu égard aux faibles teneurs en carbone de l'acier suivant l'invention, la présence d'azote et de phosphore n'à en aucune manie- re les effets désagréables qu'on lui reconnaît dans les aciers ordinaires ob- tenus par le procédé Bessemer basique. En réduisant la teneur en carbone jus- qu'aux valeurs très faibles en question, les inconvénients susmentionnés de l'azote et du phosphore ont ainsi été transformés en avantages.
Comme,en raison de sa très faible teneur en carbone, l'acier se solidifiera, même sous forme non-désoxydée, pratiquement sans dégagement de gaz, les lingots obtenus seront de composition beaucoup plus homogène que les lingots ordinaires d'acier non-désoxydé, étant donné qu'il ne se produira au- cune circulation des masses en fusion restantes, comme le cas se présente lors- que des lingots du type mentionné en dernier lieu se solidifient. La coulée peut avantageusement s'exécuter selon la pratique courante pour l'acier semi- calmé, ce qui donne lieu à un rendement élevé et à de faibles frais.
Au point de vue corrosion, l'acier à faible teneur en carbone s'a- vère également supérieur à l'acier ordinaire. La structure est plus homogène, le nombre de particules de cémentite agissant comme cathodes locales est moin- dre et une teneur plus élevée en phosphore aide à arrêter plus rapidement la progression de la corrosion.
On indiquera ci-après quelques résultats obtenus avec des qualités d'acier selon la présente invention, ainsi que les valeurs correspondantes des qualités d'acier à teneur normale en carbone, dans la même gamme de résistan- ces.
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-Ainsi, on a constaté qu'un acier à faible teneur en carbone, de composition suivante :
EMI7.1
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<tb>
<tb> - <SEP> C <SEP> : <SEP> 0,012
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0,040
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0,090
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> s <SEP> : <SEP> 0,026
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0,015
<tb>
normalisé à partir de 950 à la dimension de 15 mm2 s'est révélé avoir les propriétés suivantes :
EMI7.2
<tb> - <SEP> tension <SEP> élastique <SEP> : <SEP> 32-33 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> tension <SEP> de <SEP> rupture <SEP> :
<SEP> 43-44 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
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<tb> = <SEP> Allongement <SEP> (en <SEP> 26-27 <SEP> % <SEP>
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<tb> 100 <SEP> mm)
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<tb> - <SEP> réduction <SEP> de <SEP> sur- <SEP> 70-73 <SEP> % <SEP>
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<tb>
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<tb> face <SEP> : <SEP>
<tb>
Dans l'essai aux chocs selon Charpy avec un pendule de 15 kilogs et une barre d'essai standard à encoche en forme de trou de serrure de 0,75 mm de rayon, on a obtenu en condition normalisée jusqu'à -40 C une énergie d'im- ,pact de 10-15 kilogrammètreso En réduisant encore la température jusqu'à -80- -100 C, on obtient la transition jusqu'à cassure complètement nette.
Après sol- licitation à 10 % et vieillissement à 200 pendant 6 heures, on a obtenu à tem- pérature ambiante une énergie d'impact d'environ 10 kilogrammètres et à 0 de 5 kilogrammètres environ. A -40 , la matière était complètement cassante.
Comme exemple d'une analyse appropriée de qualités d'acier corres- pondant à deux degrés de résistance différents, on peut mentionner les données du tableau suivant :
EMI7.3
<tb> - <SEP> C <SEP> < <SEP> 0,010 <SEP> < <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0,30 <SEP> 0,45
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0,060 <SEP> 0,120
<tb>
<tb>
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<tb> - <SEP> S <SEP> < <SEP> 0,040 <SEP> < <SEP> 0,040
<tb>
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<tb> - <SEP> N <SEP> 0,015 <SEP> 0,015
<tb>
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<tb> - <SEP> tension <SEP> élastique <SEP> . <SEP> 26-28 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> tension <SEP> de <SEP> rupture <SEP> :
<SEP> 39-42 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
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<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> allongement <SEP> 28-26 <SEP> % <SEP>
<tb>
Dans l'acier calmé à l'aluminium, présentant une faible teneur en carbone (<0,01 % C), on a atteint une température de transition extrêmement faible. Ainsi, une.résistance d'impact de 14 à 15 kilogrammètres a été attein- te à -10 en condition normalisée, sollicitée et vieillie, résistance qu'il n'aurait pas été possible d'obtenir dans un acier ferritique connu quelconque.
L'aluminium peut totalement ou partiellement être remplacé par du titane, avec le même effet.
De l'acier Bessemer basique normal effervescent de bonne qualité, présentant la composition suivante :
EMI7.4
<tb> - <SEP> C <SEP> 0,09%
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0,45 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0,045 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> - <SEP> s <SEP> 0,025 <SEP> %
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0,013 <SEP> %
<tb>
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possède, dans des conditions de traitement thermique et de dimensions corres- pondantes, les propriétés suivantes :
EMI8.1
<tb> - <SEP> tension <SEP> élastique <SEP> : <SEP> 25-30 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> mm2
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> tension <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 40-44 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> mm2
<tb>
<tb> - <SEP> allongement <SEP> (envi-
<tb>
<tb> ron <SEP> :
<SEP> 31-28 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> réduction <SEP> de <SEP> sur-
<tb>
<tb> face <SEP> 75-69 <SEP> % <SEP>
<tb>
Des valeurs d'impact de 15 kilogrammètres jusqu'à + 40 ont été obte- nues, après quoi une réduction s'est produite à température ambiante ou juste au- dessous de cette dernière, en sorte qu'une rupture totalement nette se produit à -20 C. Après mise sous tension et vieillisement de la manière décrite ci-des- sus, la valeur d'impact est descendue d'environ 10 à 100 C, jusqu'à atteindre la cassure nette à 60 C.
Les aciers effervescents, obtenus au four électrique ou au four à so- le, qui présentent une résistance correspondante, sont ordinairement légèrement meilleurs, en ce qui concerne leur tendance aux cassures nettes. La différence entre les températures de transition en condition de sollicitation et de vieil- lissement n'excède généralement pas 20 .
Un acier normal calmé au silicium, de composition suivante :
EMI8.2
<tb> - <SEP> C <SEP> : <SEP> environ <SEP> 0,15%
<tb>
<tb> - <SEP> Si <SEP> 0,20%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0,50%
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0,010%
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> S <SEP> 0,020%
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0,006%
<tb>
a, une fois normalisé., les propriétés suivantes :
EMI8.3
<tb> - <SEP> tension <SEP> élastique <SEP> : <SEP> 27 <SEP> kilogs <SEP> par <SEP> mm2
<tb>
<tb> - <SEP> tension <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 41 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> allongement <SEP> 29%
<tb>
<tb> - <SEP> réduction <SEP> de <SEP> surface <SEP> : <SEP> 65%
<tb>
La valeur d'impact se trouve comprise entre 10 et 15 kilogrammètres jusqu'à -40 , après quoi la transition vers la cassure nette se produit., lorsqu'on con- tinue à abaisser la température jusqu'à -60 .
Après sollicitation ou mise sous tension et vieillissement, on maintient une valeur d'impact de 10 kilogrammè- tres jusqu'à + 40 - + 20 C, après quoi la cassure a lieu à 0 C environ.
En l'additionnant d'aluminium, un acier calmé au silicium peut être quelque peu amélioré, en ce qui concerne sa ductibilité.
Comme on le voit, dans l'acier suivant l'invention, il est possible d'obtenir, après sollicitation et vieillissement, une température de transi- tion qui est de 60 à 80 inférieure à celle obtenue dans de l'acier Bessemer basique ordinaire de même résistance, et qui est même légèrement inférieure à celle d'un acier électrique correspondant contenant du siliciumo De plus, un acier électrique désoxydé est considérablement plus coûteux à élaborer qu'un acier Bessemer basique effervescent, l'acier selon l'invention pouvant être élaboré à un prix moindre qu'un acier basique non désoxydé ordinaireo
Comme il a été signalé au début du présent mémoire, l'acier à fai- ble teneur en carbone suivant l'invention est destiné principalement à servir comme matériau,
de construction possédant une faible tendance à subir des cas- sures nettes. Toutefois, l'acier produit suivant l'invention peut avantageu-
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sement être utilisé dans les cas où une faible teneur en carbone est souhai- table pour d'autres raisonse De plus, le procédé suivant l'invention peut être utilisé pour la production d'autres types d'acier, dans lesquels une faible teneur en carbone est souhaitable.
REVENDICATIONS.
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LOW-CARBON BLOW-BLOW-REFINED STEEL AND PROCESS FOR ITS
EMI1.1
, - i. . ELABORATION. ¯. ¯. . .,,.
The present invention relates to a steel refined by blowing with a very low average carbon content of the order of less than 0.015%, this steel being particularly intended for constructions, in which it is important that the material be hard and keep its hardness, even in the aged state In other words, the steel will have a low tendency to undergo what is called a clean break.
The hardness required in this field of application will be determined by comparatively high contents of hardening substances other than carbon, such as preferably phosphorus and / or nitrogen.
Sharp breaks (breaks without deformation) occur in ordinary steel grades at high load speeds (impact stress), in cases of multi-axial stresses (for example, where notches are made) and at low temperatures., The most readily available test to ascertain the tendency of steel to experience sharp fractures is the ordinary impact test, for example according to Charpy, carried out at different temperatures. By carrying out these tests in a high temperature interval, high values are obtained for the absorbed energy,
which are relatively independent of the temperature When the temperature of the test is reduced, the energy absorbed decreases to very low values in a generally fairly limited temperature range. It will then be possible to consider the mean temperature value in this interval (hereinafter referred to as the "transition temperature") as the critical value of the tendency to clear breaks.
The higher this value, the poorer the quality of the steel, in terms of its tendency to suffer sharp breakage.
By switching on and subsequent storage for a sufficient time. long at ordinary temperature or by treating for a few hours at a somewhat higher temperature, for example at 200 ° C., changes in the properties of the steel occur generally referred to as "aging" and giving rise in particular to an increase of more or
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less considerable of the transition temperature, during the impact test.
As local stress is often difficult to avoid, the steel of a construction must often be regarded as aged, with regard to its tendency to undergo distinct breaks o In welds, similar tendencies to breakage occur o The tendency for sharp breakage in welds follows, as has been observed, the tendency for aging o
The transition temperature of the steel in the stressed or stressed and aged state can be considered to be equal to the sum of the transition temperature of the steel before stressing and the increase obtained by the aging treatment .
The transition temperature before stressing also appears to depend on the aging properties of the steel, so much so that a steel tending to age has, as a rule, a high transition temperature, while a strong steel. on aging has a low transition temperature in the unaged state
At present, it has not yet been investigated to what extent the elements present in the steel are capable of affecting the aging properties and the tendency to break by brittleness of said steel. However, it is considered generally carbon, nitrogen and to some extent also phosphorus are the most active components in the aging process.
As carbon is the element, by means of which the hardness of steel will be most commonly controlled, and as the possibility of decreasing the carbon content in ordinary steelmaking processes up to to the low values which have been found necessary in this case has not yet been examined in detail, when steel was produced with the intention of achieving a low transition temperature for this steel in the When stressed and aged, it was first observed that the nitrogen content must be kept below a certain limit.
This is of great importance, especially in the production of steel which is not completely deoxidized (semi-calmed or effervescent steel) o In completely deoxidized steel (calmed steel) and particularly in steel calmed with aluminum , the transition temperature will often be low enough for ordinary applications, even when the steel in question has relatively high nitrogen contents.
The present invention is based on the discovery, that the tendency to sharp breaks can be counteracted by lowering the carbon content to very low values, while maintaining high contents :) e.g. nitrogen and / or phosphorus , which are required to keep the steel at the desired hardness and which would have given rise to a strong tendency for sharp breaks in steel with normal carbon content.
Thanks to this discovery, the grades of Bessemerized-refined steel can be made fully usable for construction applications despite their relatively high nitrogen content.
In view of what has been said above, the steel refined by blow molding, exhibiting a low tendency to undergo sharp breaks according to the present invention, is essentially characterized by the fact that its carbon content is less than 0.015% and advantageously 0.01% at most, the steel in question simultaneously containing at least one of the elements nitrogen and phosphorus in sufficient quantities to obtain the desired hardness. The nitrogen content should preferably be between 0.010% and 0.030%, while the phosphorus content should preferably be between 0.060 and 0.150%.
When the steel contains both nitrogen and phosphorus, the sum of the phosphorus content and the nitrogen content multiplied by 10 should preferably be 0.15 - 0.30% .
It has been found that the reduction in the carbon content does not exert any appreciable effect before this content is reduced below approximately 0.015%. At this value, however, there will be a very pronounced improvement, in that the transition temperature of the steel to the unaged state will decrease considerably o It is possible that the stressing and aging artificial produce a certain rise in the transition temperature, especially in steels with a higher carbon content, but this
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rise stops at values, which, in normal steel of corresponding strength, can only be obtained at very low phosphorus contents and during complete deoxidation by means of silicon and / or aluminum. improvement will be accentuated,
when the carbon content is reduced.
An upper normal limit towards which one will strive is 0.012%, but in the event that extremely good results are desired, the average carbon content of the steel will not exceed 0.010% and will preferably be reduced to at about 0.005%.
Carbon contents of this order of magnitude are difficult to determine with precision. An error of a few thousandths of a percent can always occur, when applying the analytical methods known hitherto, even when they are carried out with great precision. However, it has been found that good control over whether the carbon content is sufficiently low can, in many cases, be achieved simply by studying how the solidification of non-deoxidized steel occurs. will produce no gas evolution or in any case only extremely low gas evolution during the solidification process, if the carbon content has reached a sufficiently low value.
It is also possible to examine subsequently under a microscope whether the carbon content is low enough. The carbon values constituting the basis for the above limits of carbon content were obtained after long experiments, using exact methods of chemical analysis and observing the greatest possible precision.
In the event that the tests carried out on steels by any of the aforementioned methods do not, for whatever reason, give reliable results, it is always possible to develop a method of preparation for 1 -'steel, which allows, by experience, to achieve a sufficiently low carbon content to obtain the desired properties.
It has been remarked with amazement, as has already been said, that the tendency to undergo sharp breaks in a steel, with a very low carbon content, is only negligibly affected, if at all. , by the nitrogen content of the steel. The steel can contain up to about 0.030% nitrogen and even a little more, without having to fear any drawbacks from this point of view. Since the nitrogen content increases the strength of the steel and seems to tend to reduce the size of the particles forming the structure of the steel, a high nitrogen content will even be advantageous o A nitrogen content of at least 0.010% will be suitable.
Phosphorus has, as will be appreciated, also been found to be a suitable alloying agent for increasing the hardness of steel. A content of up to 0.15% of phosphorus can advantageously be contained in the steel, for this purpose, without altering the impact resistance of the aciera. It has been noted, moreover, that at levels in phosphorus of 0.060%, there is already a noticeable increase in the strength of the steel.
The steel must contain a certain amount of manganese. Thus, its hot work suitability will be improved. The higher the sulfur content of the steel, the higher its manganese content should be. It should be noted that the manganese alloy to be added to the steel before it is cast must have a sufficiently low carbon content. Likewise, stronger deoxidizing agents, such as silicon, can also be added to the aeiero. The oxygen content of the latter will thus be simultaneously reduced, which may be desirable in some cases. When the steel is completely deoxidized by means of aluminum, possibly in combination with silicon, it exhibits an extremely low transition temperature.
In most cases quite satisfactory properties will, however, also be acquired in steel, without deoxidizing additions other than manganese, although this metal will not be able to reduce the oxygen content of the steel. steel to a remarkable extent.
The present invention also relates to a process for making the new grade of steel. The extremely low carbon content, at which
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the invention relates to, can not be obtained in the refining of ore, as is commonly practiced in deck furnaces or in electric furnaces at atmospheric pressure. To carry out the refining of the steel to obtain extremely low carbon contents, it is necessary that the partial pressure of the carbon monoxide formed be considerably reduced. It would be possible to achieve this result by carrying out the final refining under vacuum, but this method is, however, complicated and usually too expensive in practice.
According to the present invention, another route has been chosen, namely the elimination by washing of the carbon monoxide formed, by means of a gas totally or almost totally free of carbon constituents, in order to obtain a pressure. sufficiently low partial amount of carbon monoxide in the gas phase o The carbon free gas (free of carbon monoxide), such as air, can in this case be blown through the steel bath, as in the ordinary Bessemer process or optionally be blown into the bath from the top. The refining method applied according to the invention can thus be characterized, in general, by the expression "refining by blowing".
When refining is carried out by blowing air or another oxygenated gas mixture, however, too high a percentage of iron may be oxidized and converted to slag, before the carbon content has reached. been reduced to the desired extent. In order to avoid such disadvantages, special measures are taken, according to the invention, which allow the carbon content to be reduced to extremely low values, while simultaneously maintaining the losses of iron by oxidation and the formation of slag. at a sufficiently low level.
These special measures consist, in substance, in ensuring that the steel bath contains, during refining by blowing, a reducing agent having a greater affinity for oxygen than iron, this reducing agent. being present in sufficient quantity to counteract the oxidation of iron. In fact, it has been found that when a strong oxidizing gas or a gas mixture free or substantially free of carbon is blown through or onto a low carbon iron bath, the carbon content of that it can be reduced below 0.015%, even in the case where the steel bath contains moderate contents of substances, such as silicon, exhibiting a greater affinity for oxygen than iron.
In this case, the silicon will obviously be oxidized in the first place, but at the same time there will be some oxidation of the carbon. However, if only the silicon content is maintained above a certain level, possibly by repetitive additions of silicon during refining, the carbon content can be substantially reduced in any case. measurement, without any considerable oxidation of the iron occurring, provided that the gas used for the refining is carbon-free. By the oxidation of the reducing agent, such as silicon, the additional heat, necessary for carrying out the process, will simultaneously be obtained. The gas used for the blowing can be ordinary air.
According to the invention, oxygen enriched air can also be used, in particular if the higher oxygen content is desirable from the point of view of heat saving. In this case, it may be more advantageous to blow the gas towards the surface of the bath and then through it. Use can also be made of water vapor or, if desired, a mixture of water vapor and another gas or gas mixture, which should then preferably have a relatively high content of free oxygen. , to give rise to sufficient heat production.
According to the data specified above, it can be said that the process according to the invention is essentially characterized by the fact that the low carbon steel is produced by refining by blowing in the presence of such an amount of an agent. reducing agent, with an affinity for oxygen greater than iron, that the oxidation of iron is thwarted. To achieve a sufficiently high nitrogen content, the blowing can be done, during a short period of the final blowing, using only nitrogen gas.
The method can preferably be carried out in the following manner
A relatively low carbon steel bath, for example with a carbon content of the order of 0.05% or slightly less, is produced by a
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process known per se, for example in a hearth furnace or, preferably, by the acid Bessemer process. The steel bath is freed from the slag formed during the previous treatment., Si. When using an acidic refining process, the silicon content of the steel bath is low, a certain amount of silicon is added, after which air is blown. The silicon will then be oxidized, as will part of the remaining carbon.
The more air is blown through the bath, the lower the carbon content of the bath, but the higher the amount of silicon required.
However, since it is desirable to keep the silicon content at a relatively low level, for example below 0.5%, throughout the process, it is appropriate, in order to reduce the carbon content to very low values desired, to add the necessary amount of silicon in portions, at spaced intervals, while performing the refining treatment. Thanks to the presence of silicon, the oxidation of iron will be strongly counter-squared. In order to further reduce the iron losses due to the formation of iron silicates, it is advisable to introduce into the bath slag components, which, like lime, will combine more easily than iron oxide with silica to form silicates.
Substances other than silicon can also be used to counteract the oxidation of iron, possibly at the same time as silicon.
Among these other substances, for example, manganese can be mentioned. In addition, phosphorus has been found in basic processes to be a very suitable alloying agent for this purpose. A necessary condition also in this case is, however, that a sufficient amount of lime is present, for. combine with phosphorous oxide, forming, calcium phosphate, otherwise the phosphorus will not oxidize to any appreciable extent before iron.
In practical tests, it has been found that it is possible to reduce the carbon content to 0.005% without considerable iron losses, by blowing air through a steel bath, which initially contained 0 , 04% carbon and 1.5% phosphorus, if the blowing is carried out in an oven with basic coating and in the presence of lime.
Extensive practical tests have shown that in the basic Besesser process (Thomas process) it is possible to obtain conditions which allow direct production of steel with a carbon content below the above limit of 0.015%. . This is because the carbon content is provided by this process. at a very low value, while a considerable amount of phosphorus is still present in the steel.
Most of the phosphorus will not be oxidized until a highly basic fluid slag forms from the lime added at the start of blowing along with other oxides formed by the oxidation mainly of Si, Mn and Fe in the blast. The end of which slag formation will take place a few minutes before the end of blowing, ie when the flames "fall". During the subsequent or final blowing, phosphorus will oxidize without considerable simultaneous oxidation of iron, due to the high affinity of lime for phosphorus oxide. At the same time, however, the carbon content will decrease even further, due to the low pressure of carbon monoxide in the gas.
To obtain the desired low carbon contents, when applying the basic Bessemer process, it is necessary, on the one hand, that the phosphorus content of the pig iron is sufficiently high and, on the other hand, that the formation of slag occurs at a relatively late stage of the blowing, so that the carbon content has had time to be reduced to a sufficient extent, before significant oxidation of the phosphorus occurs. The conditions are as follows:. addition of a relatively large amount of lime in large lumps or blocks and at low temperature during the initial phase of blowing.
To delay the formation of slag, it may also be advantageous not to add lime at the start of blowing, as is done in the ordinary process, but to add later, when the carbon content has reached. been significantly reduced. The final or post-blowing must, unlike the preliminary blowing, take place at a comparatively high temperature, so that the oxidation of the remaining carbon will be promoted.
Experience has shown that the pro-
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transferred must be carried out so that the carbon content is reduced to less than 0.04%, before the phosphorus content has been reduced to less than 1.5% o
In addition, it has been found to be very important that the furnace coating does not contain carbon in such amounts that the carbon content of the bath increases as a result of the inevitable attack on the furnace coating. The refractory mixture of dolomite and tar, still used in the basic Bessemer process, is not suitable from this point of view.
In fresh coated converters, the carbon content will be much too high. A carbon-free coating, such as dolomite or magnesite, gives much better results. It is especially important that the places in the bottom of the converter through which the blowing takes place are of a material which is as carbon-free and as strong as possible.
By observing the above measures, it will be possible to reduce the carbon content of the steel to less than 0.010%. It has even been found that it is possible to obtain this carbon content, by maintaining in the steel a relatively high content, for example of the order of 0.060 to 0.150%, of phosphorus, this phosphorus content having increased. proven to be suitable in steel ,. in order to obtain the desired resistance properties. If necessary, it is also possible at one or more stages of the blowing to introduce a carbon-free iron-phosphorus alloy into the bath, so that the blowing period can be prolonged without risk of further strong oxidation of iron.
The fact that the blowing can be interrupted when a relatively high phosphorus content is present is advantageous in that the loss of residual iron and manganese by slag formation will simultaneously be reduced. By increasing the manganese content in the feed, obtained, for example, by adding manganese ore during refining, it is possible to obtain the desired manganese content without the need to add additional manganese. ferro-manganese at the time of casting. The oxygen content of the steel will also be all the lower the earlier the blowing can be interrupted, which is important for the quality of the steel.
The nitrogen content of the steel will generally be relatively high under the conditions adopted in practice, since the carbon content must, according to the invention, be reduced to the lowest possible value. However, as has already been pointed out, nitrogen and phosphorus are used in the grade of steel according to the invention to give this steel the desired strength. Having regard to the low carbon contents of the steel according to the invention, the presence of nitrogen and phosphorus does not in any way have the unpleasant effects which are recognized in ordinary steels obtained by the process. Basic Bessemer. By reducing the carbon content to the very low values in question, the aforementioned disadvantages of nitrogen and phosphorus have thus been transformed into advantages.
As, due to its very low carbon content, steel will solidify, even in non-deoxidized form, with practically no gas evolution, the ingots obtained will be of much more homogeneous composition than ordinary ingots of non-deoxidized steel. since no circulation of the remaining molten masses will occur, as occurs when ingots of the last mentioned type solidify. The casting can advantageously be carried out in accordance with common practice for semi-calmed steel, resulting in high efficiency and low cost.
Low carbon steel is also found to be superior to ordinary steel from a corrosion point of view. The structure is more homogeneous, the number of cementite particles acting as local cathodes is lower and a higher phosphorus content helps to stop the progression of corrosion more quickly.
Some results obtained with grades of steel according to the present invention will be indicated below, as well as the corresponding values of grades of steel with normal carbon content, in the same range of strengths.
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-Thus, it was found that a low carbon steel, of the following composition:
EMI7.1
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> C <SEP>: <SEP> 0.012
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0.040
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0.090
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> s <SEP>: <SEP> 0.026
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0.015
<tb>
standardized from 950 to the dimension of 15 mm2 was found to have the following properties:
EMI7.2
<tb> - <SEP> elastic <SEP> tension <SEP>: <SEP> 32-33 <SEP> kilogs <SEP> per <SEP> mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> voltage <SEP> of <SEP> break <SEP>:
<SEP> 43-44 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> = <SEP> Elongation <SEP> (in <SEP> 26-27 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100 <SEP> mm)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> reduction <SEP> of <SEP> on- <SEP> 70-73 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> face <SEP>: <SEP>
<tb>
In the Charpy impact test with a 15 kg pendulum and a standard test bar with a keyhole notch of 0.75 mm radius, a standard condition down to -40 C was obtained. impact energy of 10-15 kilogrammeters By further reducing the temperature down to -80- -100 C, the transition is obtained until it breaks completely.
After 10% stress and aging at 200 for 6 hours, an impact energy of about 10 kilogrammeters was obtained at room temperature and at 0 about 5 kilogrammeters. At -40, the material was completely brittle.
As an example of a suitable analysis of steel qualities corresponding to two different strength degrees, the data in the following table can be mentioned:
EMI7.3
<tb> - <SEP> C <SEP> <<SEP> 0,010 <SEP> <<SEP> 0, <SEP> 01 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0.30 <SEP> 0.45
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0.060 <SEP> 0.120
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> S <SEP> <<SEP> 0.040 <SEP> <<SEP> 0.040
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0.015 <SEP> 0.015
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> elastic <SEP> tension <SEP>. <SEP> 26-28 <SEP> kilogs <SEP> per <SEP> mm2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> voltage <SEP> of <SEP> break <SEP>:
<SEP> 39-42 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> lengthening <SEP> 28-26 <SEP>% <SEP>
<tb>
In aluminum-killed steel with low carbon content (<0.01% C), an extremely low transition temperature was reached. Thus, an impact resistance of 14 to 15 kilogrammeters was achieved at -10 under normalized, stressed and aged conditions, which resistance would not have been possible to achieve in any known ferritic steel.
Aluminum can be totally or partially replaced by titanium, with the same effect.
Good quality effervescent normal basic Bessemer steel, having the following composition:
EMI7.4
<tb> - <SEP> C <SEP> 0.09%
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0.45 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0.045 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb> - <SEP> s <SEP> 0.025 <SEP>%
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0.013 <SEP>%
<tb>
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has, under heat treatment conditions and of corresponding dimensions, the following properties:
EMI8.1
<tb> - <SEP> elastic <SEP> tension <SEP>: <SEP> 25-30 <SEP> kilogs <SEP> per <SEP> mm2
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> voltage <SEP> of <SEP> rupture <SEP> 40-44 <SEP> kilogs <SEP> by <SEP> mm2
<tb>
<tb> - <SEP> lengthening <SEP> (approx.
<tb>
<tb> ron <SEP>:
<SEP> 31-28 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> reduction <SEP> of <SEP> on-
<tb>
<tb> face <SEP> 75-69 <SEP>% <SEP>
<tb>
Impact values of 15 kilogrammeters up to + 40 have been obtained, after which a reduction has occurred at or just below room temperature, so that a completely clean break occurs at. -20 C. After energizing and aging in the manner described above, the impact value dropped from about 10 to 100 C, until a clear break was reached at 60 C.
The effervescent steels, obtained in an electric furnace or in a solenoid furnace, which exhibit a corresponding strength, are usually slightly better in their tendency to sharp breakage. The difference between the transition temperatures under stress and aging conditions generally does not exceed 20.
A normal steel calmed with silicon, of the following composition:
EMI8.2
<tb> - <SEP> C <SEP>: <SEP> approximately <SEP> 0.15%
<tb>
<tb> - <SEP> If <SEP> 0.20%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Mn <SEP> 0.50%
<tb>
<tb> - <SEP> P <SEP> 0.010%
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> S <SEP> 0.020%
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> N <SEP> 0.006%
<tb>
has, once normalized., the following properties:
EMI8.3
<tb> - <SEP> elastic <SEP> tension <SEP>: <SEP> 27 <SEP> kilogs <SEP> per <SEP> mm2
<tb>
<tb> - <SEP> voltage <SEP> of <SEP> break <SEP> 41 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb>
<tb> - <SEP> elongation <SEP> 29%
<tb>
<tb> - <SEP> reduction <SEP> of <SEP> area <SEP>: <SEP> 65%
<tb>
The impact value is between 10 and 15 kilogrammeters down to -40, after which the transition to a sharp break occurs, when the temperature is continued to be lowered down to -60.
After stressing or tensioning and aging, an impact value of 10 kilogrammeters is maintained up to + 40 - + 20 C, after which the breakage takes place at approximately 0 C.
By adding aluminum to it, a silicon calmed steel can be improved somewhat, with respect to its ductility.
As can be seen, in the steel according to the invention, it is possible to obtain, after stress and aging, a transition temperature which is 60 to 80 lower than that obtained in ordinary basic Bessemer steel. of the same strength, and which is even slightly lower than that of a corresponding electrical steel containing silicon. In addition, a deoxidized electrical steel is considerably more expensive to produce than an effervescent basic Bessemer steel, the steel according to the invention being able to be produced at a lower cost than ordinary non-deoxidized basic steel
As indicated at the start of this specification, the low carbon steel according to the invention is primarily intended for use as a material,
of construction with a low tendency to undergo severe breakage. However, the steel produced according to the invention may advantageously
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In addition, the process according to the invention can be used for the production of other types of steel, in which a low carbon content is desirable. carbon is desirable.
CLAIMS.