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La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication du fer et de l'acier, et ainsi qu'aux produits obtenus par ce procédé.
Elle concerne plus particulièrement la fabrication des aciers inoxydables, et comprend des perfectionnements et découvertes connexes, améliorant de façon sensible les propriétés du fer et de l'acier.
En outre, le procédé peut être utilisé avec l'acier calmé des ty- pes alliés ou au carbone, et 1 acier peut être fabriqué selon les méthodes courantes.
Les aciers, en cours de fabrication, absorbent certaines matiè- res ou gaz indésirables, susceptibles de leur communiquer des propriétés mécaniques médiocres et de rendre difficile leur conformation et leur tra- vail ou usinage.
L'invention a principalement pour objet un procédé'permettant d'ovier pratiquement à tous les inconvénients précédemment signalés.
Elle a également pour objet de réaliser: - un procédé permettant la fabrication d'un fer et d'un acier à grain fin, d'une résistance remarquable à l'oxydation et à la corrosion, et donnant des valeurs élevées de résistance aux chocs aux températures ambiantes et basses; - un procédé de fabrication d'un acier dont la teneur en soufre est relativement abaissée; - un procédé grâce auquel les objets ci-dessus sont réalisés et permettant d'obtenir un métal, fer ou acier, doué de propriétés amélio- rées, en utilisant une composition contenant un oxyde de terres rares, de préférence une pluralité d'oxydes, tel qu'un minerai ou un concentré de ce ou ceux-ci, avec de préférence une quantité prépondérante d'oxyde de cérium et un agent de réduction de ces oxydes.
De plus, la composition peut contenir un composé approprié servant de source d'oxygène, tel qu'un nitrate, par exemple le nitrate de sodium, de potassium, etc... En outre, les termes oxydes de terres rares ci-dessus employés désignent également ici d'autres composés appropriés des métaux de terres rares, tels que carbo- nate, chlorure et siliciure.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre.
Pour la fabrication d'un acier très résistant à la corrosion et à l'oxydation, il existe deux procédés généralement adoptés.
L'un de ces procédés utilise un ou plusieurs alliages couramment admis, dont la quantité employée est habituellement de 12% au minimum.
Ces alliages contiennent fréquemment un élément du groupe qui comprend les métaux suivants: molybdène, chrome, tungstène, nickel, columbium, cobalt, tantale, titane et zirconium, avec diverses proportions de silicium, cuivre, aluminium et manganèse.
Le second procédé utilise la quantité minimum de ces métaux et donne un grain dont les espaces interstitiels sont de dimension réduite, ce qui atténue la possibilité d'attaque de l'acier par les agents de cor- rosion et d'oxydation
Etant donné que les alliages habituellement utilisés pour obte- nir des aciers inoxydables et résistant à la chaleur sont très recherchés et qu'il est toujours difficile de se les procurer en tous temps on s'est efforcé, selon l'invention, d'améliorer ces deux types d'acier, en produi- sant un grain fin dans l'acier, et pour y parvenir l'acier en fusion a été
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traité avec une composition essentiellement formée d'un ou plusieurs oxydes du groupe des terres rares, et d'un agent réducteur de ces oxydes.
L'invention concerne par conséquent les diverses phases et le rapport d'une ou plusieurs de ces phases entre elles ; elles'étend au fer ou à l'acier possédant les caractéristiques et propriétés mises en évidence par l'exposé détaillé suivant :
Grâce à l'invention, les propriétés du fer et de l'acier, notam- ment celles des aciers inoxydables du type à forte teneur en alliages, tel que le type austénitique et le type au chrome, par exemple à 19% de chrome, et les types à couche superficielle dure tels que ceux à 3,5% de nickel, 3% de chrome, 7% de molybdène et 1% de bore, sont notablement améliorées par l'adjonction à une fusion, c'est-à-dire au fer ou à l'acier liquide, d'une quantité appropriée d'une composition contenant un oxyde de terre ra- re,
soit seul soit en combinaison compatible, et un agent de réduction de cet oxyde, L'oxyde de terre rare et l'agent de réduction sont de préféren- ce de dimension relativement fine et intimement mélangés, et ils peuvent être utilisés sous la forme d'une briquette.
Le procédé consiste plus particulièrement à préparer un bain de fusion à base de fer, à y ajouter pendant le séjour dans le four, des ma- tières métalliques contenant du chrome, du manganèse, du molybdène, du nickel, du tungstène, du oolombium, du cobalt, du tantale, du titane, du zirconium ou du silicium, puis à désoxyder, en utilisant par exemple du ferro-silicium, du calcium-silicium, du ferro-manganèse, et semblables, avec adjonction et coopération de la composition contenant plus particuliè- rement plusieurs oxydes de terres rares et un agent de réduction de ceux-ci.
L'agent réducteur peut être choisi dans le groupe constitué par les éléments suivants: calcium, aluminium, sodium, silicium, magnésium et bore et un bo- rure, borane (hydrure de bore) et siliciure de calcium, strontium, manganè- se, chrome, fer, magnésium, nickel, bore et cobalt. Le constituant oxyde et l'agent réducteur sont présents en proportions relatives d'environ 1 partie d'oxyde et d'environ 0,02 à 1,0 partie d'agent réducteur, et de préférence 1 partie d'oxyde et de 0,3 à 0,7 partie d'agent réducteur, tel que calcium, et 0,06 à 0,5, plus particulièrement 0,12 d'agent réducteur tel que borure de calcium et siliciure de calcium.
En outre, en cas de présence d'une sour- ce d'oxygène dans la composition, cette source peut prendre la forme d'un nitrate tel que le nitrate de sodium, de potassium, de calcium, et de mag- nésium, en quantité allant d'environ 60% à 70% du poids de l'agent réducteur.
L'adjonction de la composition peut s'effectuer à différentes phases de la fusion et du séjour dans le four. Un procédé approprié consis- te à l'ajouter à la poche de fonderie soit avant, pendant ou après l'adjonc- tion des désoxydants, et de préférence avant que la poche soit à moitié pleine. Toutefois, un autre procédé, plutôt préférable, consiste à placer la composition dans le fond de la poche et à la recouvrir avec un désoxy- dant tel que le siliciure de calcium, ou encore elle peut être introduite dans un tube à paroi épaisse dont les extrémités sont fermées, puis placée au fond de la poche, et les métaux ferreux liquides peuvent être versés par dessus. L'un ou l'autre procédé retarde l'action, de sorte que la quantité de métal liquide est suffisante pour permettre une réaction correcte avec cette composition.
On a constaté en outre qu'on obtient une structure à grain très fin en ajoutant environ 0,454 kg à 2,270 kg de la composition d'oxyde par tonne de fer ou d'acier. D'autre part, selon la températur.e de coulée,la dimension du moule et l'analyse désirée, une quantité d'environ 1,360 kg de composition d'oxyde par tonne a donné d'avantageux résultats.
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Les aciers inoxydables, qui sont parfois une combinaison au nickel-chrome, présentent généralement, bruts de coulée, de grandes den- trites qui provoquent la rupture de l'acier lorsqu'on lui applique une pression supplémentaire. Mais, quand cette classe d'aciers est traitée avec la composition aux oxydes de terres rares, on obtient une structure à grain fin permettant de supprimer antièrement une opération de forgeage.
En outre, le métal ainsi obtenu peut être laminé comme tout acier normal à la dimension de billètte.
Dans la fabrication de ces aciers, on utilise la pratique ordi- nairement adoptée, et l'on veille en outre à ce que l'acier soit correcte- ment désoxydé, et il peut être coulé à une température que l'on a constaté être un peu inférieure à celle de la pratique courante, étant donné que le traitement avec la composition oxyde de terre rare- agent réducteur semble augmenter la fluidité du métal traitéo
On a éprouvé et constaté l'efficacité de diverses quantités de la composition., Mais, lorsqu'on en ajoute des quantités excessives, l'acier obtenu est extrêmement sale et tel quel, offre une faible résistance à 1' oxydation et à la corrosion. Le présent procédé en fait un usage efficace, tout en n'en employant qu'une très faible quantité seulement.
On a en défi- nitive constaté qu'environ 2,043 kg de la composition à l'oxyde par tonne suffisent, à condition d'être ajoutés à la matière en fusion selon la pré- cédente description et notamment de la manière préférée.
Les formules suivantes sont données à titre d'exemple de la mise en pratique du procédé de l'invention: EXEMPLE 1.-
Inoxydable 310.
On a préparé une chaude présentant l'analyse approximative sui- vante exprimée en pourcentages:
EMI3.1
<tb> Carbone <SEP> 0,07
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,73
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,025
<tb>
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,015
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,52
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 20,8
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 24,7
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 0,26
<tb>
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de:
Kilogrammes @
EMI3.2
<tb> Rioions <SEP> (10-0) <SEP> 0,350
<tb> Nickel <SEP> ( <SEP> de <SEP> frittage) <SEP> 1.055
<tb>
Apres euoir lance le courant, on procéda aux adjonctions suivantes:
Kilogrammes
EMI3.3
<tb> Chaux <SEP> calcinée <SEP> 363
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> Silicium <SEP> 363
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> (75%) <SEP> 190
<tb>
Après fusion de la charge et pendant le séjour dans le four, on ajouta :
<Desc/Clms Page number 4>
Kilogrammes
EMI4.1
<tb> Ferro-Chrome <SEP> (0,06 <SEP> C) <SEP> 20955
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> (faible <SEP> teneur
<tb>
<tb> en <SEP> carbone) <SEP> 181
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 836
<tb>
Après un travail adéquat de la chaude, et le laitier étant en condition convenable, on ajouta à la poche, environ 7 heures s'écoulant en- tre la charge et la coulée, 76,726 kg de calcium-silicium et 22,700 kg d' une composition contenant de l'oxyde de terre rare, du borure de calcium et du nitrate de sodium dans les proportions de 1 : 0,12 :
0,008. Si on le désire, la composition à l'oxyde de terre rare peut être introduite dans la poche et recouverte du calcium-silicium préalablement à la coulée.
EXEMPLE 2 :
Inoxydable 310.
On prépara une chaude donnant l'analyse approximative suivante, exprimée en pourcentages:
EMI4.2
<tb> Carbone <SEP> 0,11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,72
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,007
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 20,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 24,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Cuivre <SEP> 0,26
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0,005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de :
Kilogrammes
EMI4.3
<tb> Nickel <SEP> (de <SEP> frittage) <SEP> 908
<tb>
<tb> Riblons <SEP> (inoxydables) <SEP> 15.266
<tb>
<tb> Riblons <SEP> ( <SEP> de <SEP> fonderie) <SEP> 1.362
<tb>
<tb> Tournures <SEP> 10634
<tb>
Après avoir lancé le courant, on fit les adjonctions suivantes:
Kilogrammes
EMI4.4
<tb> Spath-fluor <SEP> 68
<tb>
<tb>
<tb> Chaux <SEP> calcinée <SEP> 10090
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> (fin) <SEP> 1.155
<tb>
Après fusion de la charger on ajoute dans le four:
Kilogrammes
EMI4.5
<tb> Manganèse <SEP> (faible <SEP> teneur <SEP> en <SEP> 364
<tb>
<tb>
<tb> carbone)
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> (faible <SEP> teneur <SEP> en <SEP> carbone)
<tb>
<tb> 2. <SEP> 724
<tb>
<tb> Chrome <SEP> (0.50 <SEP> C) <SEP> 3. <SEP> 632
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 817
<tb>
Après un travail adéquat de la chaude et le laitier étant en condition appropriée de préférence environ 7 heures s'écoulant de la charge à la coulée, on ajouta à la poche 77,180 kg de calcium-silicium et 56,750 kg d'une composition d'oxyde de terre rare, de silliciure de calcium
<Desc/Clms Page number 5>
et de nitrate de sodium dans les proportions de 1 : 0,5 0,08. La coulée fut effectuée en deux minutes environ, le laitier étant retenu en arrière.
EXEMPLE 3.
Acier Manganèse-Molybdène.
On prépara une chaude donnant approximativement l'analyse sui- vante exprimée en pourcentages:
EMI5.1
<tb> Carbone <SEP> 0,28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,88
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,011
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0, <SEP> 21 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0,005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de :
Kilogrammes
EMI5.2
<tb> Riblons <SEP> 1.997
<tb>
<tb> Fer <SEP> de <SEP> première <SEP> fusion
<tb>
<tb> (fonte) <SEP> 10952
<tb>
La charge ayant fondu, on ajouta pendant le séjour dans le four:
Kilogrammes Ecailles de laminage (battitures)
EMI5.3
<tb> 3.632
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Trioxyde <SEP> de <SEP> molybdène <SEP> 47,670
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Spath <SEP> 4,540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 29,510
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> (78-82% <SEP> Mn)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 86,260
<tb>
La chaude ayant été travaillée de manière adéquate, et le lai- tier étant en condition correcte, on ajouta à la poche:
Kilogrammes
EMI5.4
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 44,492
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> (alliage <SEP> sans <SEP> car-
<tb>
<tb>
<tb> bone, <SEP> d'aluminium, <SEP> de <SEP> sili-
<tb>
<tb>
<tb> cium <SEP> et <SEP> de <SEP> fer, <SEP> en <SEP> pourcenta-
<tb>
<tb>
<tb> ges <SEP> approximatifs <SEP> respectifs <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> 20, <SEP> 40 <SEP> et <SEP> 40) <SEP> 11,804
<tb>
<tb>
<tb> "Grainal" <SEP> 7,918
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> Silicium <SEP> 4,540
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> à <SEP> l'oxyde
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 5,448
<tb>
La comp sition à base d'oxyde de terre rare contient de l'oxyde de terre rare, du borure de calcium et du nitrate de sodium aux proportions relatives de 1: 0,12: 0,080 La chaude fut coulée de la manière habituelle, le laitier étant maintenu en arrière.
EXEMPLE 4:.
Acier Manganèse-Molybdène
On prépara une chaude donnant approximativement l'analyse suivan-
<Desc/Clms Page number 6>
te exprimée en pourcentages:
EMI6.1
<tb> Carbone <SEP> 0,30
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,92
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,026
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,019
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,24
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,44
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0,005
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de:
Kilogrammes
EMI6.2
<tb> Riblons <SEP> 1.997
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> de <SEP> première <SEP> fusion <SEP> (fonte)
<tb>
<tb>
<tb> 1.952
<tb>
Lorsque la charge fut fondue et durant le séjour dans le four, on ajouta:
Kilogrammes
EMI6.3
<tb> Trioxyde <SEP> de <SEP> Molybdène <SEP> 31,780
<tb>
<tb> Spath <SEP> 9,080
<tb>
<tb> Ecailles <SEP> 6,810
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> 29,610
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 86,260
<tb>
Après un travail approprié de la chaude et le laitier étant en condition convenable,,habituellement environ 7 heures s'écoulant entre la charge et la coulée, on ajouta à la poche :
Kilogrammes
EMI6.4
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 44,492
<tb>
<tb> "Alsifer <SEP> " <SEP> Il,804
<tb>
<tb> "Grainal" <SEP> (R.T.M.) <SEP> 7,918
<tb>
<tb> Calcium <SEP> Silicium <SEP> 5,448
<tb>
<tb> Composition <SEP> à <SEP> base <SEP> d'oxyde
<tb>
<tb> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 5,448
<tb>
La composition à l'oxyde de terre rare contenait de l'oxyde de terre rare, du siliciure de calcium et du nitrate de sodium aux proportions relatives de : 1:0,5: 0,08.
La composition, préalablement à la coulée, fut placée dans le fond de la poche et recouverte avec le calcium silicium.
EXEMPTER 5.
Acier Manganèse-Molybdène
On prépara une chaude donnant approximativement l'analyse suivan- te exprimée en pourcentages:
EMI6.5
<tb> Carbone <SEP> 0,31
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,8
<tb>
<tb> Sourfre <SEP> 0,027
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,014
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,21
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,44
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0,005
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de:
<Desc/Clms Page number 7>
Kilogrammes
EMI7.1
<tb> Riblons <SEP> 1.929,5
<tb>
<tb> Fer <SEP> de <SEP> première <SEP> fusion
<tb>
<tb> (fonte) <SEP> 2.053
<tb>
Après fusion de la charge, et pendant le séjour dans le four, on ajouta:
Kilogrammes
EMI7.2
<tb> Ecailles <SEP> de <SEP> laminage <SEP> (battitures)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4,540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Trioxyde <SEP> de <SEP> Molybdène <SEP> 45400
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicium <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 31,780
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 86260
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (78-82% <SEP> Mn)
<tb>
Après un travail adéquat de la chaude et le laitier étant en condition correcte, 7 heures environ s'écoulant généralement entre la char- ge et la coulée, on ajouta à la poche:
Kilogrammes
EMI7.3
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 38,590
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> Il,360
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-bore <SEP> 1,136
<tb>
<tb> Calcium <SEP> Silicium <SEP> 4,540
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> à <SEP> base <SEP> d'oxyde
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 5,448
<tb>
La composition à base d'oxyde contenait de l'oxyde de terre rare et du borure de calcium aux proportionsrelatives de 1: 0,12.
EXEMPLE 6:
Acier Manganèse-Molybdène
On prépara une chaude donnant approximativement l'analyse sui- vante exprimée en pourcentages:
EMI7.4
<tb> Carbone <SEP> 0,26
<tb>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,72
<tb>
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,029
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,012
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,47
<tb>
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0,005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de:
Kilogrammes
EMI7.5
<tb> Riblons <SEP> 20133
<tb>
<tb>
<tb> Fer <SEP> de <SEP> première <SEP> fusion
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (fonte) <SEP> 1.816
<tb>
Après fusion de la charge, pendant le séjour dans le four, on ajouta :
Kilogrammes
EMI7.6
<tb> Ecailles <SEP> de <SEP> laminage
<tb>
<tb> (battitures) <SEP> 5,448
<tb>
<tb> Trioxyde <SEP> de <SEP> molybdène <SEP> 47,670
<tb>
<tb> Spath <SEP> 4,540
<tb>
<Desc/Clms Page number 8>
Kilogrammes
EMI8.1
<tb> Ferro-silicium <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 29,510
<tb>
<tb> Ferro-manganèse <SEP> (78-82% <SEP> Mn) <SEP> 86,260
<tb>
Après un travail correct de la chaude et le laitier étant en con- dition appropriée, 7 heures s'écoulant de préférence entre la charge et la coulée, on ajouta à la poche au cours de la coulée:
Kilogrammes
EMI8.2
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 40,860
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> Il,350
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-bore <SEP> 1020
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> silicium <SEP> 4540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> à <SEP> base <SEP> d'oxyde
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 5448
<tb>
La composition renfermait de l'oxyde de terre rare et du siliciu- re de calcium aux proportions relatives de 1: 0,5.
EXEMPLE 7.
Acier Manganèse-Molybdène
On prépara une chaude donnant approximativement l'analyse sui- vante exprimée en pourcentages:
EMI8.3
<tb> Carbone <SEP> 0,31
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 1,71
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 0,027
<tb>
<tb> Phosphore <SEP> 0,014
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,26
<tb>
<tb> Molybdène <SEP> 0,43
<tb>
<tb> Métal <SEP> de <SEP> terre <SEP> rare <SEP> 0,005
<tb>
<tb> Fer <SEP> le <SEP> complément
<tb>
La charge se composait de:
Kilogrammes
EMI8.4
<tb> Ridions <SEP> 1. <SEP> 893
<tb>
<tb> Fer <SEP> de <SEP> première <SEP> fusion <SEP> (fonte)!.988
<tb>
Après fusion de la charge et pendant le séjour dans le four, on ajouta:
Kilogrammes
EMI8.5
<tb> Ecailles <SEP> de <SEP> laminage
<tb> (battitures) <SEP> 5,448
<tb> Trioxyde <SEP> de <SEP> molybdène <SEP> 45,400
<tb> Spath <SEP> 2,270
<tb> Ferro-silicium <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 29,510
<tb> Ferro-manganèse <SEP> (78-82% <SEP> Un) <SEP> 83,990
<tb>
Après avoir travaillé correctement la chaude, et alors que le laitier était en condition appropriée, 7 heures s'écoulant de préférence entre la charge et la coulée, on ajouta à la poche, pendant la coulée:
Kilogrammes
EMI8.6
<tb> Ferro-manganèse <SEP> 43,130
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> 11,350
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> "Grainal" <SEP> (R.T.M.) <SEP> 7,918
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> silicium <SEP> 49540
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
Kilogrammes
Composition à base d'oxy- de de terre rare 5,448
La composition à l'oxyde de terre rare renfermait de l'oxyde de terre rare, du calcium métallique et du nitrate de sodium aux proportions relatives de 1: 0,7 : 0,08.
Le "Grainal" (R.T.M.) incorporé dans plusieurs des exemples pré- cédents est un alliage composé d'aluminium, de zirconium, de titane et de bore.
Le procédé de fabrication du fer et de l'acier présentement dé- crit conduit à la formation d'une structure à grain fin, quirenforce la ré- sistance à la corrosion. Puisqu'il ne reste, tout au plus, qu'une faible quantité seulement de la composition à l'oxyde dans le métal traité, on pense que cette particularité est due au faible espace entre les grains ré- sultant de la réduction de la structure dendritique primitive, et offrant par conséquent à l'attaque un moindre espace interstitiel.
On obtient ainsi un métal à grain fin, et avec une teneur en soufre réduite. Cela naturellement se produit d'ordinaire sous condition que le procédé soit appliqué selon la description qui précède. Les quanti- tés à utiliser, suggérées ci-dessus, dépendent de la composition de l'acier, mais on a constaté qu'environ 2 kg au plus de composition à l'oxyde de terre rare par tonne d'acier suffisent, et l'analyse chimique de l'acier terminé accuse une teneur en métal de terre rare ne dépassant pas 0,018%, exprimée en cérium. Lorsque l'acier a été traité avec la composition à base d'oxyde de terre rare et d'agent réducteur, et qu'un grain fin a été obtenu, l'acier possède nettement une meilleure résistance à la corrosion et l'oxydation, ainsi également que des valeurs élevées de résistance aux chocs aux tempé- ratures ambiante et basses.
Ces propriétés peuvent être avantageusement u- tilisées: la première dans l'acier inoxydable de divers types, et la secon- de dans les applications, telles que plaques de blindage, aciers à canons, et aciers spéciaux ou alliés dont la résistance aux chocs doit être de 1' ordre le plus élevé.
Les résultats obtenus démontrent que l'usager peut retirer di- vers avantages de la composition, lorsque celle-ci est utilisée de la ma- nière précédemment décrite. Ainsi, elle permet d'utiliser un acier normal et d'obtenir des avantages marqués grâce à sa résistance à la corrosion et à l'oxydation. En outre, on peut faire varier l'analyse de manière à utili- ser une moindre quantité d'un alliage rare et coûteux, tout en obtenant les mêmes résultats qu'avec le même métal non traité et contenant une plus grande quantité de cet alliage.
Pour la fusion et la coulée de l'acier inoxydable, on a trouvé avantageux de prendre certaines précautions, et celles-ci sont reconnues de pratique appropriéeo Par exemple, une bonne température de coulée pour l'acier inoxydable de la qualité 310 serait de 1.504 Co On a également con- staté que le métal en fusion, après traitement dans la poche, doit être coulé immédiateme pour assurer une rapide solidification du métal, et dans certains cas on se sert d'une lingotière à paroi épaisse pour effec- tuer cette solidification rapide. Etant donné que le laitier provoque une réaction au point de contact avec le métal, on a trouvé que le refroidisse- ment brusque du laitier diminue cette action et ceci peut être obtenu par l'adjonction de matières formant des scories telles que la dolomite, la chaux calcinée.
Parmi les avantages résultants de l'utilisation de la com- position oxyde-agent réducteur, on peut citer une réduction de la teneur en soufre et l'obtention d'un métal à grain fin à la coulée. Ces avantages
<Desc/Clms Page number 10>
assurent des valeurs plus élevées de résistance aux chocs à températures ambiante et basses, et ces valeurs élevées sont particulièrement importan- tes en ce qui concerne ceux des types d'acier destinés à travailler correc- tement et en offrant toute sécurité aux basses températures, telles que celles des régions arctiques et antarctiqueso
En outre, le traitement précédemment décrit appliqué au métal ferreux en fusion permet d'obtenir un grain fin, et ultérieurement certai- nes caractéristiques perféctionnées déterminées physiques et chimiques.
Lorsque l'acier est fabriqué de cette manière, il est grandement désirable de faire en sorte que ce grain fin obtenu à la coulé, se maintienne. On obtient ce résultat en effectuant la coulée à une température relativement basse,et aussi rapidement que possible pour solidifier la matière.
On a observé que si, après le traitement avec la substance don- nant au métal ces propriétés dues au grain fin, on laisse séjourner celui- ci à l'état liquide pendant une longue période, la finesse du grain dis- parait graduellement et l'acier qui en résulte est camparable, à presque tous égards, avec un acier non traité.
D'autre part, lorsqu'une fusion est traitée selon le présent procédé et ensuite coulée en sable, procédé de moulage donnant une solidification très lente, on obtient une très faible réduction de la dimension de grain, ce qui indique que la rétention à l'état liquide pendant une longue période après traitement, permet à la force produisant le grain fin de se dissiper, et l'on ne peut obtenir dans ces conditions les qualités résultant de la finesse de grain.
Une caractéristique distinctive de ce traitement est que l'on n'utilise qu'une faible quantité, et celle-ci est telle que l'analyse de l'acier obtenu démontre que la quantité ajoutée n'existe plus dans celui- ci et que la quantité présente est inférieure à 0,018%, dans le cas du cérium par exemple.
La teneur en métal de terre rare peut de préférence être comprise entre environ 0,003% et 0,009%, le pourcentage le mieux ap- proprié étant d'environ 0,005%. Ceci indique que ce n'est pas la présence d'un alliage qui confère cette caractéristique de finesse de grain, mais plutôt un effet considéré comme déterminant une nucléationa
On peut ajouter, à titre récapitulatif, qu'un acier, et parti- culièrement certaines variétés d'acier inoxydable, ayant une tendance à se solidifier en grandes dentrites, ont, bruts de fonte, une dimension de grain beaucoup plus petite que le métal non traitéo Cette finesse de grain améliore les qualités de laminage, augmente la résistance à la corrosion, et donne une valeur relativement élevée de résistance aux chocs aux basses températures.
La portée de l'invention permettant d'apporter certains change- ments à la mise en pratique du précédent procédé et certaines modifications au métal obtenu selon ce dernier, tous les détails donnés dans la précé- dente description doivent être considérés comme des exemples sans aucun caractère restrictif.
REVENDICATIONS.
1. Une méthode pour la production de fer et d'acier comprenant la préparation d'un bain fondu contenant du fer, l'addition à celui-ci de substances métalliques pendant le passage au four, la désoxydation, et l'incorporation d'une composition contenant un oxyde de terre rare et un agent de réduction pour celui-ci.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to a process for manufacturing iron and steel, and to the products obtained by this process.
It relates more particularly to the manufacture of stainless steels, and includes related improvements and discoveries, significantly improving the properties of iron and steel.
Further, the process can be used with calmed steel of alloy or carbon types, and the steel can be fabricated by standard methods.
Steels, during manufacture, absorb certain undesirable materials or gases, liable to impart mediocre mechanical properties to them and make their shaping and their working or machining difficult.
The main subject of the invention is a process which makes it possible to overcome practically all the drawbacks previously mentioned.
It also aims to achieve: - a process allowing the manufacture of an iron and a fine-grained steel, with remarkable resistance to oxidation and corrosion, and giving high values of impact resistance at ambient and low temperatures; - a process for manufacturing a steel in which the sulfur content is relatively low; - a process by which the above objects are achieved and making it possible to obtain a metal, iron or steel, endowed with improved properties, by using a composition containing a rare earth oxide, preferably a plurality of oxides, such as an ore or a concentrate thereof, preferably with a preponderant amount of cerium oxide and an agent for reducing these oxides.
In addition, the composition may contain a suitable compound serving as a source of oxygen, such as a nitrate, for example sodium nitrate, potassium nitrate, etc. In addition, the terms rare earth oxides used above Also referred to herein are other suitable compounds of rare earth metals, such as carbonate, chloride and silicide.
Other characteristics of the invention will emerge better from the description which follows.
For the manufacture of a steel which is highly resistant to corrosion and oxidation, there are two generally adopted methods.
One of these processes uses one or more commonly accepted alloys, the amount of which is usually 12% minimum.
These alloys frequently contain an element of the group which includes the following metals: molybdenum, chromium, tungsten, nickel, columbium, cobalt, tantalum, titanium and zirconium, with varying proportions of silicon, copper, aluminum and manganese.
The second process uses the minimum quantity of these metals and gives a grain with small interstitial spaces, which reduces the possibility of the steel being attacked by corrosion and oxidation agents.
Since the alloys usually used to obtain stainless and heat-resistant steels are in great demand and are always difficult to obtain at all times, efforts have been made, according to the invention, to improve these two types of steel, producing a fine grain in the steel, and to achieve this molten steel was
<Desc / Clms Page number 2>
treated with a composition essentially formed of one or more oxides of the rare earth group, and a reducing agent for these oxides.
The invention therefore relates to the various phases and the relationship of one or more of these phases to each other; it extends to iron or steel having the characteristics and properties highlighted by the following detailed description:
Thanks to the invention, the properties of iron and steel, in particular those of stainless steels of the type with a high content of alloys, such as the austenitic type and the chromium type, for example with 19% chromium, and hard surface layer types such as 3.5% nickel, 3% chromium, 7% molybdenum, and 1% boron, are markedly improved by addition to melting, i.e. tell iron or liquid steel, an appropriate amount of a composition containing a rare earth oxide,
either alone or in a compatible combination, and a reducing agent for this oxide. The rare earth oxide and the reducing agent are preferably relatively fine in size and intimately mixed, and they can be used in the form of 'a briquette.
The process consists more particularly in preparing an iron-based molten bath, in adding thereto during the stay in the furnace, metallic materials containing chromium, manganese, molybdenum, nickel, tungsten, oolombium, cobalt, tantalum, titanium, zirconium or silicon, then to be deoxidized, using for example ferro-silicon, calcium-silicon, ferro-manganese, and the like, with addition and cooperation of the composition containing more particularly several rare earth oxides and a reducing agent thereof.
The reducing agent can be chosen from the group consisting of the following elements: calcium, aluminum, sodium, silicon, magnesium and boron and a bury, borane (boron hydride) and calcium silicide, strontium, manganese, chromium, iron, magnesium, nickel, boron and cobalt. The oxide component and the reducing agent are present in relative proportions of about 1 part of oxide and about 0.02 to 1.0 part of reducing agent, and preferably 1 part of oxide and 0. 3 to 0.7 part of reducing agent, such as calcium, and 0.06 to 0.5, more particularly 0.12, of reducing agent such as calcium boride and calcium silicide.
Further, if an oxygen source is present in the composition, this source may take the form of a nitrate such as sodium, potassium, calcium, and magnesium nitrate, in particular. amount ranging from about 60% to 70% of the weight of the reducing agent.
The addition of the composition can be carried out at different stages of the melting and of the stay in the furnace. A suitable method is to add it to the foundry ladle either before, during or after the addition of the deoxidizers, and preferably before the ladle is half full. However, another, rather preferable, method consists of placing the composition in the bottom of the bag and coating it with a deoxidizer such as calcium silicide, or it can be introduced into a thick-walled tube whose ends are closed, then placed at the bottom of the pocket, and liquid ferrous metals can be poured over them. Either method delays the action, so that the amount of liquid metal is sufficient to allow proper reaction with this composition.
It has further been found that a very fine grain structure is obtained by adding about 0.454 kg to 2.270 kg of the oxide composition per tonne of iron or steel. On the other hand, depending on the casting temperature, the size of the mold and the desired analysis, an amount of about 1.360 kg of oxide composition per ton has given advantageous results.
<Desc / Clms Page number 3>
Stainless steels, which are sometimes a combination of nickel-chromium, generally exhibit large amounts of as-cast iron which cause the steel to break when additional pressure is applied. But, when this class of steels is treated with the rare earth oxide composition, a fine-grained structure is obtained which enables a forging operation to be suppressed previously.
In addition, the metal thus obtained can be rolled like any steel normal to the billet size.
In the manufacture of such steels, generally adopted practice is used, and further care is taken that the steel is properly deoxidized, and it can be cast at a temperature which has been found to be. somewhat less than that in current practice, since the treatment with the rare earth oxide-reducing agent composition appears to increase the fluidity of the treated metal.
Various amounts of the composition have been tested and found to be effective. However, when excessive amounts are added, the resulting steel is extremely dirty and as such has poor resistance to oxidation and corrosion. . The present process makes efficient use of it, while employing only a very small amount.
It has finally been found that about 2.043 kg of the oxide composition per tonne is sufficient, provided that it is added to the molten material according to the preceding description and especially in the preferred manner.
The following formulas are given by way of example of the practice of the process of the invention: EXAMPLE 1.-
Stainless 310.
A warm was prepared with the following approximate analysis expressed in percentages:
EMI3.1
<tb> Carbon <SEP> 0.07
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.73
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.025
<tb>
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.015
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.52
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 20.8
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 24.7
<tb>
<tb>
<tb> Copper <SEP> 0.26
<tb>
<tb>
<tb> Metal <SEP> from <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0, <SEP> 005 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
Kilograms @
EMI3.2
<tb> Rioions <SEP> (10-0) <SEP> 0.350
<tb> Nickel <SEP> (<SEP> from <SEP> sintering) <SEP> 1.055
<tb>
After starting the current, the following additions were made:
Kilograms
EMI3.3
<tb> Lime <SEP> calcined <SEP> 363
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> Silicon <SEP> 363
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicon <SEP> (75%) <SEP> 190
<tb>
After melting the load and during the stay in the furnace, we added:
<Desc / Clms Page number 4>
Kilograms
EMI4.1
<tb> Ferro-Chromium <SEP> (0.06 <SEP> C) <SEP> 20955
<tb>
<tb> Manganese <SEP> (low <SEP> content
<tb>
<tb> in <SEP> carbon) <SEP> 181
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 836
<tb>
After adequate hot work, and the slag being in suitable condition, about 7 hours elapsing between charging and casting, 76.726 kg of calcium-silicon and 22.700 kg of a composition were added to the ladle. containing rare earth oxide, calcium boride and sodium nitrate in the proportions of 1: 0.12:
0.008. If desired, the rare earth oxide composition can be introduced into the ladle and covered with calcium-silicon prior to casting.
EXAMPLE 2:
Stainless 310.
A warm was prepared giving the following approximate analysis, expressed in percentages:
EMI4.2
<tb> Carbon <SEP> 0.11
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.72
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.007
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 20.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chrome <SEP> 24.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Copper <SEP> 0.26
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Metal <SEP> of <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0.005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
Kilograms
EMI4.3
<tb> Nickel <SEP> (from <SEP> sintering) <SEP> 908
<tb>
<tb> Riblons <SEP> (stainless) <SEP> 15.266
<tb>
<tb> Riblons <SEP> (<SEP> of <SEP> foundry) <SEP> 1.362
<tb>
<tb> Turnings <SEP> 10634
<tb>
After starting the current, the following additions were made:
Kilograms
EMI4.4
<tb> Fluorspar <SEP> 68
<tb>
<tb>
<tb> Lime <SEP> calcined <SEP> 10090
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicon <SEP> (end) <SEP> 1.155
<tb>
After melting the load, we add in the oven:
Kilograms
EMI4.5
<tb> Manganese <SEP> (low <SEP> content <SEP> in <SEP> 364
<tb>
<tb>
<tb> carbon)
<tb>
<tb>
<tb> Chromium <SEP> (low <SEP> content <SEP> in <SEP> carbon)
<tb>
<tb> 2. <SEP> 724
<tb>
<tb> Chrome <SEP> (0.50 <SEP> C) <SEP> 3. <SEP> 632
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nickel <SEP> 817
<tb>
After adequate hot work and the slag being in suitable condition, preferably about 7 hours from the charge to the casting, 77.180 kg of calcium-silicon and 56.750 kg of an oxide composition were added to the ladle. rare earth, calcium silicide
<Desc / Clms Page number 5>
and sodium nitrate in the proportions of 1: 0.5 0.08. The casting was completed in about two minutes, the slag being held back.
EXAMPLE 3.
Manganese-Molybdenum steel.
A warm was prepared giving approximately the following analysis expressed in percentages:
EMI5.1
<tb> Carbon <SEP> 0.28
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.88
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.03
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.011
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0, <SEP> 21 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0.46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Metal <SEP> of <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0.005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
Kilograms
EMI5.2
<tb> Riblons <SEP> 1.997
<tb>
<tb> Iron <SEP> of <SEP> first <SEP> merge
<tb>
<tb> (font) <SEP> 10952
<tb>
The charge having melted, we added during the stay in the oven:
Kilograms Rolling scales (scale)
EMI5.3
<tb> 3.632
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> <SEP> Trioxide <SEP> 47.670
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Spath <SEP> 4.540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicon <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 29,510
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> (78-82% <SEP> Mn)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 86,260
<tb>
The hot one having been worked in an adequate manner, and the milk being in correct condition, one added to the bag:
Kilograms
EMI5.4
<tb> Ferro-manganese <SEP> 44,492
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> (alloy <SEP> without <SEP> car-
<tb>
<tb>
<tb> bone, <SEP> of aluminum, <SEP> of <SEP> sili-
<tb>
<tb>
<tb> cium <SEP> and <SEP> from <SEP> iron, <SEP> in <SEP> percenta-
<tb>
<tb>
<tb> approximate <SEP> ges <SEP> respective <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> 20, <SEP> 40 <SEP> and <SEP> 40) <SEP> 11,804
<tb>
<tb>
<tb> "Grainal" <SEP> 7.918
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> Silicon <SEP> 4.540
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> to <SEP> oxide
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> earth <SEP> rare <SEP> 5.448
<tb>
The rare earth oxide composition contains rare earth oxide, calcium boride and sodium nitrate in the relative proportions of 1: 0.12: 0.080 The hot was poured in the usual way, the slag being held back.
EXAMPLE 4 :.
Manganese-Molybdenum Steel
A warm was prepared giving approximately the following analysis-
<Desc / Clms Page number 6>
te expressed in percentages:
EMI6.1
<tb> Carbon <SEP> 0.30
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.92
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.026
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.019
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.24
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0.44
<tb>
<tb> Metal <SEP> of <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0.005
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
Kilograms
EMI6.2
<tb> Riblons <SEP> 1.997
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> of <SEP> first <SEP> merge <SEP> (cast)
<tb>
<tb>
<tb> 1.952
<tb>
When the charge was melted and during the stay in the oven, we added:
Kilograms
EMI6.3
<tb> Trioxide <SEP> of <SEP> Molybdenum <SEP> 31,780
<tb>
<tb> Spath <SEP> 9,080
<tb>
<tb> Scales <SEP> 6,810
<tb>
<tb> Ferro-silicon <SEP> 29,610
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> 86.260
<tb>
After suitable hot work and the slag being in suitable condition, usually about 7 hours elapsing between charging and casting, the following were added to the ladle:
Kilograms
EMI6.4
<tb> Ferro-manganese <SEP> 44,492
<tb>
<tb> "Alsifer <SEP>" <SEP> Il, 804
<tb>
<tb> "Grainal" <SEP> (R.T.M.) <SEP> 7.918
<tb>
<tb> Calcium <SEP> Silicon <SEP> 5.448
<tb>
<tb> Composition <SEP> to <SEP> oxide base <SEP>
<tb>
<tb> of <SEP> earth <SEP> rare <SEP> 5.448
<tb>
The rare earth oxide composition contained rare earth oxide, calcium silicide and sodium nitrate in the relative proportions of: 1: 0.5: 0.08.
The composition, prior to casting, was placed in the bottom of the ladle and covered with calcium silicon.
EXEMPT 5.
Manganese-Molybdenum Steel
A warm was prepared giving approximately the following analysis expressed in percentages:
EMI6.5
<tb> Carbon <SEP> 0.31
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.8
<tb>
<tb> Sourfre <SEP> 0.027
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.014
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.21
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0.44
<tb>
<tb> Metal <SEP> of <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0.005
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
<Desc / Clms Page number 7>
Kilograms
EMI7.1
<tb> Riblons <SEP> 1.929.5
<tb>
<tb> Iron <SEP> of <SEP> first <SEP> merge
<tb>
<tb> (font) <SEP> 2.053
<tb>
After melting the charge, and during the stay in the furnace, we added:
Kilograms
EMI7.2
<tb> Scales <SEP> of <SEP> rolling <SEP> (scale)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4,540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Trioxide <SEP> of <SEP> Molybdenum <SEP> 45400
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-silicon <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 31,780
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> 86260
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (78-82% <SEP> Mn)
<tb>
After adequate hot work and the slag being in correct condition, around 7 hours generally elapsing between loading and pouring, we added to the ladle:
Kilograms
EMI7.3
<tb> Ferro-manganese <SEP> 38,590
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> He, 360
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-boron <SEP> 1.136
<tb>
<tb> Calcium <SEP> Silicon <SEP> 4.540
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> to <SEP> oxide base <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> earth <SEP> rare <SEP> 5.448
<tb>
The oxide composition contained rare earth oxide and calcium boride in the relative proportions of 1: 0.12.
EXAMPLE 6:
Manganese-Molybdenum Steel
A warm was prepared giving approximately the following analysis expressed in percentages:
EMI7.4
<tb> Carbon <SEP> 0.26
<tb>
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.72
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.029
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.012
<tb>
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0.47
<tb>
<tb>
<tb> Metal <SEP> of <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0.005
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
Kilograms
EMI7.5
<tb> Riblons <SEP> 20133
<tb>
<tb>
<tb> Iron <SEP> of <SEP> first <SEP> merge
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (font) <SEP> 1.816
<tb>
After melting the charge, during the stay in the furnace, we added:
Kilograms
EMI7.6
<tb> Scales <SEP> of <SEP> rolling
<tb>
<tb> (scale) <SEP> 5.448
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> <SEP> Trioxide <SEP> 47.670
<tb>
<tb> Spath <SEP> 4.540
<tb>
<Desc / Clms Page number 8>
Kilograms
EMI8.1
<tb> Ferro-silicon <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 29,510
<tb>
<tb> Ferro-manganese <SEP> (78-82% <SEP> Mn) <SEP> 86.260
<tb>
After proper hot work and the slag being in suitable condition, preferably 7 hours elapsing between charging and casting, the following were added to the ladle during the casting:
Kilograms
EMI8.2
<tb> Ferro-manganese <SEP> 40,860
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> He, 350
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ferro-boron <SEP> 1020
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> silicon <SEP> 4540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> to <SEP> oxide base <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> land <SEP> rare <SEP> 5448
<tb>
The composition contained rare earth oxide and calcium silicon in the relative proportions of 1: 0.5.
EXAMPLE 7.
Manganese-Molybdenum Steel
A warm was prepared giving approximately the following analysis expressed in percentages:
EMI8.3
<tb> Carbon <SEP> 0.31
<tb>
<tb> Manganese <SEP> 1.71
<tb>
<tb> Sulfur <SEP> 0.027
<tb>
<tb> Phosphorus <SEP> 0.014
<tb>
<tb> Silicon <SEP> 0.26
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> 0.43
<tb>
<tb> Metal <SEP> of <SEP> rare earth <SEP> <SEP> 0.005
<tb>
<tb> Iron <SEP> the <SEP> add-in
<tb>
The load consisted of:
Kilograms
EMI8.4
<tb> Ridions <SEP> 1. <SEP> 893
<tb>
<tb> Iron <SEP> of <SEP> first <SEP> fusion <SEP> (cast) !. 988
<tb>
After melting the load and during the stay in the furnace, we added:
Kilograms
EMI8.5
<tb> Scales <SEP> of <SEP> rolling
<tb> (scale) <SEP> 5.448
<tb> Molybdenum <SEP> <SEP> Trioxide <SEP> 45,400
<tb> Spath <SEP> 2,270
<tb> Ferro-silicon <SEP> (11% <SEP> Si) <SEP> 29,510
<tb> Ferro-manganese <SEP> (78-82% <SEP> Un) <SEP> 83.990
<tb>
After having worked the hot water correctly, and while the slag was in suitable condition, preferably 7 hours elapsing between the load and the casting, we added to the ladle, during the casting:
Kilograms
EMI8.6
<tb> Ferro-manganese <SEP> 43,130
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> "Alsifer" <SEP> 11.350
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> "Grainal" <SEP> (R.T.M.) <SEP> 7.918
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Calcium <SEP> silicon <SEP> 49540
<tb>
<Desc / Clms Page number 9>
Kilograms
Rare earth oxide 5.448 composition
The rare earth oxide composition contained rare earth oxide, metallic calcium and sodium nitrate in the relative proportions of 1: 0.7: 0.08.
The "Grainal" (R.T.M.) incorporated in several of the preceding examples is an alloy composed of aluminum, zirconium, titanium and boron.
The presently described iron and steel fabrication process results in the formation of a fine-grained structure, which enhances the corrosion resistance. Since, at most, only a small amount of the oxide composition remains in the treated metal, it is believed that this feature is due to the small space between the grains resulting from the reduction of the structure. primitive dendritic, and consequently offering less interstitial space to the attack.
A fine-grained metal is thus obtained, and with a reduced sulfur content. This of course usually occurs provided that the method is applied as described above. The amounts to use, suggested above, depend on the composition of the steel, but it has been found that no more than about 2 kg of rare earth oxide composition per tonne of steel is sufficient, and The chemical analysis of the finished steel shows a rare earth metal content not exceeding 0.018%, expressed as cerium. When the steel has been treated with the composition based on rare earth oxide and reducing agent, and a fine grain has been obtained, the steel has markedly better resistance to corrosion and oxidation, as well as high impact resistance values at ambient and low temperatures.
These properties can be advantageously used: the first in stainless steel of various types, and the second in applications, such as armor plates, gun steels, and special or alloy steels whose impact resistance must be. be of the highest order.
The results obtained demonstrate that the user can derive various advantages from the composition, when the latter is used in the manner previously described. Thus, it makes it possible to use normal steel and to obtain marked advantages thanks to its resistance to corrosion and oxidation. In addition, the analysis can be varied so as to use a less amount of a rare and expensive alloy, while obtaining the same results as with the same untreated metal and containing a greater amount of this alloy. .
For the melting and casting of stainless steel, it has been found advantageous to take certain precautions, and these are recognized in proper practice. For example, a good casting temperature for grade 310 stainless steel would be 1.504 Co It has also been found that the molten metal, after treatment in the ladle, must be poured immediately to ensure rapid solidification of the metal, and in some cases a thick-walled ingot mold is used to effect this. fast solidification. Since the slag causes a reaction at the point of contact with the metal, it has been found that the sudden cooling of the slag decreases this action and this can be achieved by the addition of slag-forming materials such as dolomite, calcined lime.
Among the advantages resulting from the use of the oxide-reducing agent composition, mention may be made of a reduction in the sulfur content and the production of a fine-grained metal on casting. These advantages
<Desc / Clms Page number 10>
ensure higher values of impact resistance at ambient and low temperatures, and these high values are particularly important with regard to those types of steel intended to work properly and offering safety at low temperatures, such as than those of the arctic and antarctic regions
In addition, the previously described treatment applied to the molten ferrous metal makes it possible to obtain a fine grain, and subsequently certain perfected, determined physical and chemical characteristics.
When steel is made in this manner, it is highly desirable to ensure that this fine cast grain is maintained. This is achieved by performing the casting at a relatively low temperature, and as quickly as possible to solidify the material.
It has been observed that if, after the treatment with the substance giving the metal these properties due to the fine grain, the latter is left to remain in the liquid state for a long time, the fineness of the grain gradually disappears and The resulting steel is camparable, in almost all respects, with untreated steel.
On the other hand, when a melt is treated according to the present process and then sand cast, which molding process gives very slow solidification, very little reduction in grain size is obtained, indicating that the retention at the same time. The liquid state for a long time after processing allows the force producing the fine grain to dissipate, and the qualities resulting from the fine grain cannot be obtained under these conditions.
A distinctive feature of this treatment is that only a small quantity is used, and this is such that the analysis of the steel obtained shows that the added quantity no longer exists in it and that the amount present is less than 0.018%, in the case of cerium for example.
The content of the rare earth metal can preferably be between about 0.003% and 0.009%, the most suitable percentage being about 0.005%. This indicates that it is not the presence of an alloy which confers this characteristic of grain fineness, but rather an effect considered to be determining a nucleationa
It may be added, by way of summary, that a steel, and particularly certain varieties of stainless steel, having a tendency to solidify into large dentrites, have, as cast iron, a grain size much smaller than the metal. untreated This fineness of grain improves rolling qualities, increases resistance to corrosion, and gives a relatively high value of impact resistance at low temperatures.
The scope of the invention allowing certain changes to be made in the practice of the preceding process and certain modifications to the metal obtained according to the latter, all the details given in the preceding description should be considered as examples without any restrictive character.
CLAIMS.
1. A method for the production of iron and steel comprising preparing a molten bath containing iron, adding metallic substances thereto during baking, deoxidizing, and incorporating iron. a composition containing a rare earth oxide and a reducing agent therefor.