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Les procédés courants d'élaboration d'aciers très purs et, en conséquence, à faible teneur en inclusions d'oxydes donnent des résultats très irréguliers, ce qui provoque souvent des pertes de production, Ces pertes se produisent même si l'on réalise, outre la désoxydation
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habituelle par le manganèse et le silicium, ou la désoxy# dation supplémentaire par des désoxydants spéciaux, les conditions de marche considérées généralement favorables, telles qu'affinage suffisant et haute température du métal,.
D'ailleurs, les désoxydants spéciaux destinés à faciliter lélimination des oxydes ne donnent pas satis- faction à coup sûr.
On connaît,du reste, des procédés de fabrication d'aciers très purs utilisant une méthode spéciale d'addi- tion des alliages désoxydants, par exemple l'addition des alliages désoxydants à l'état préfondu dans un bain riche en oxygène, afin d'obtenir une élimination rapide des oxydes.
Les procédés et les tours de main mentionnés ci- dessus ne permettent pas de faire disparaître les risques d'absorption de l'oxygène par le métal liquide et les ris- ques de réaction de ce Métal sur le revêtement réfracte ire à la coulée, si l'on n'applique pas les procédés de fusion et de coulée par le vide, qui ne sont économiques que dans des cas particuliers.
On rencontre des difficultés particulièrement gran des dans l'élaboration d'acier purs, à grain fin ou in- sensibles au vieillissement, qui demendent pour désoxydant spécial une addition d'aluminium. La grande quantité d'- inclusions riches en alumine dont on a pu constater l'- apparition dans les aciers désoxydés à l'aluminium, et la mauvaise coulabilité de ces aciers ont conduit à la for.-
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mule de travail qui consiste àréduire au minimum l'ad- dition d'aluminium et à éviter le; plus possible les te- neurs résiduelles d'aluminium-métal dans l'acier dépas- sant environ 0,02%.
Vis-à-vis de l'état actuel, de la technique, de @ longues études démontrent que l'aluminium, élément d'- alliage, est un agent très efficace permettant de conférer sûrement aux aciers une grande pureté.
Contrairement à la méthode classique, qui consis- te à ajouter au bain d'acier du manganèse, du silicium et une faible quantité d'aluminium,'la nouvelle méthode don- ne des aciers contenant 0,05 à 0,5% et, de préférence, 0,07 à 0,25% d'aluminium.
Les teneurs en aluminium proposées suivant la présente invention, n'ont aucun rapport avec celles destinées à conférer aux aciers certaines propriétés, telles, .par exemple, que l'aptitude à la nitruràtion, la plus grande résistance à l'oxydation à chaud ou proprié- tés électriques ou magnétiques spéciales..
L'obtention d'acierstrès purs ayant les teneurs en aluminium précitées repose sur les découvertes ci- après :
L'élimination des oxydes par désoxydation de l'- acier, est fonction d'une faible viscosité, et, par suite,
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d'une tenpérature suf isament élever ,du 'bain. Si l'on. satisfait à ces conditions, l'acier liquide montre une teneur beaucoup plus élevée en gaz, surtout en oxygène, que les coulées irises au point à basse .température.
La désoxydation habituelle par le silicium at le manganèse, avec addition d'aluminium pour désoxydation complète, ne produit qu'un, abaissement relativement faible de la te- neur en gaz dissous, surtout en oxygène.. 'Dans ce cas, suivant l'état actuel de la technique, une -teneur maxima d'environ 0,02 d'aluminium résiduel suffit pour obtenir .des valeurs optima de désoxyda tion. Lorsqu'un tel bain d'acier est coulé., de si grandes quantités d'oxydes s'- éliminent jusqu'à la limite de solubilité de l'oxygène dans l'acier à l'état solide, lors du refroidissement et de la solidification de l'acier, que la qualité du métal est affectée ou même compromise. La teneur usuelle en aluminium résiduel ne préserve aucunement l'acier de l'- oxydation par l'air, lors de la coulée.
De plus, la teneur relativement élevée en oxygène de l'acier favorise l'at- taque du revêtement réfractaire de la fosse de coulée.
Les oxydes se formant durant le refroidissement de l'- acier, sont en majeure partie des mélanges d'oxydes riches en oFe et en OMN qui, avec le manganèse contenu dans l'- acier, exercent, comme on le sait, une forte action cor- rosive sur le revêtement réfractaire et, par conséquent, augmentent la teneur en scories de l'acier. Par suite des phénomènes décrits ci-dessus, une forte diminution de la pureté de l'acier peut avoir lieu, même si l'on parvient
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à éliminer dans une large mesure les produits primaires de la réaction, après la désoxydation dans le four ou dans la poche, en maintenant l'acier à une haute tempé- rature .
Cependant, si l'acier contient de l'aluminium flans les pourcentages indiqués plus haut, suivant la (présente invention, la teneur en gaz, surtout en oxygène, du métal liquide devient extrêmement faible, même si 1 acier est à température finale élevée. Contrairement aux conceptions admises jusqu' 8, ce jour, les inclusions riches en alumine se formant lors de l'addition d'aluminium se laissent séparer de l'acier 8. une température suffisam- ment élevée, en quelques minutes, jusqu'à une teneur ré- siduelle très inférieure à 0,01% donc presque totalement, ainsi que de nombreux essais l'ont démontré au cours de la mise au point du procédé conforme à cette invention.
La faible teneur en oxygène de l'acier liquide rend impossi- ble une réaction notable de cet élément sur le revête- ment réfractaire de la fosse de coulée.Par suite de la haute teneur en aluminium de l'acier, il ne peut plus se former dans celui -ci qu'une quantité insignifiante d'- inclusions richesen alumine ,pratiquement exemptes de OFe et de OMn, et qui n'attaquent pas le revêtement ré- fractaire de la fosse de coulée. De plus, l'inévitable oxydation du jet de coulée par l'air n'augmente pas la teneur en oxygène dissous do l'acier, parce que cet élé-
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ment est immédiatement fixé par l'excédent d'aluminium se trouvant à la surface de l'acier liquide.
Il en est de même pour les produits de la réaction du manganèse sur le revêtement réfractaire étant donné que le protoxyde de manganèse naissant se .transforme 'aluminium de l'- acier en alumine formant une couche protectrice sur le revêtement réfractaire et empêchant ainsi toute autre réaction. Les oxydes se formant à ce momentt montent, ainsi que des études l'ont démontré, pratiquement dans leur totalité, à la surface supérieure du lingot-, et passent dans la mousse de ce dernier. Au cours du refroi- dissement et de la solidification de l'acier, seule une très faible quantité d'inclusions peut s'échapper de la coulée pauvre en oxygène, ces inclusions ne pouvant pra- tiquement plus influencer d'une façon sensible la pureté de l'acier.
La température à laquelle doit être faite l'addi- tion d'aluminium dans les aciers élaborés suivant la pré- sente invention, doit dépasser d'au moins 150 C la tem-. pérature du liquida de la nuance correspondante. Une tem- pérature de 180 à 200 C, supérieure à celle du liquida* s'est révélée comme étant la plus favorable.
Afin de conférer, à coup sûr, à l'acier, la te- neur indispensable en aluminium, supérieure à 0,05%, on effectue une addition d'aluminium fondu que l'on verse lentement dans le jet de coulée du four Martin ou du four électrique. En opérant de cette manière, contrairement à
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la méthode appliquée jusqu'ici, qui consistait dans une addition d'aluminium solide, on obtient un rendement en aluminium sensiblement plus élevé. On a constaté que le rendement moyen réalisé était de 60 à 80% du poids de l'aluminium ajouté. Ce taux suffit pour obtenir les te- neurs en aluminium désirées,
L'effet -favorable de la grande pureté de l'acier élaboré selon la présente invention se manifeste par une coulabilité impeccable dès la coulée. de l'acier à 1 alwninium.
Exemples d'application de l'invention.
1 Elaboration d'acier de cémentation au chrome- manganèse dans le four Martin basique: a) Ancien procédé-
Désoxydation habituelle par additions de manga- nèse, de silicium et de 0,6 kg d'aluminium par tonne d'acier.
Température de coulée en poche: environ 1680 c
Teneur résiduelle d'aluminium dans l'acier: 0,010 à 0,020%. Teneur en scories: 0,012 à 0,018%. In- dice de l'essai de tournage à gradins:6 à 15. b) Nouveau procédé:
Température de coulée en poche: 1680 à 1700 c
Addition de 1,5 kg d'aluminium liquide par ton-
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xa;e d'acier..
Teneur en alumini#S. de Il'acier.s; (;090 à 0..1.a;" Teneur moyennes en scories ru 0,009%. Indice'de l'essai de-tournage à gra din.-s : 0 à, 1 2. Elaboration drapier non allié à outils au four
Martin basique, teneur en C : 0,7 5 a) Ancien procédé:
Désoxydation classique: par additions de manga- nèse, de silicium et de, 0,3 kg d'aluminium par tonne d'acier. Températurede coulée en poche:
1620 C.
Teneur résiduelle en aluminium de l'a- cier : moins de 0,01%. Teneur totale en scories:
0,010 à 0,014 5 Degré de pureté de l'acier se- lon DIERGARTEN (inclusions d'oxydes): 150 à
250. b) nouveau procédé;
Température moyenne de\coulée en poche : 1650 C
Addition de 1,2 kg d'aluminium liquide par ton- ne d'acier.Teneur en aluminium de l'acier: 0 ,09 à 0,10. Teneur totale moyenne en scories: 0,007%.
Degré de pureté de l'acier selon DIERGARTEN (in- clusions d'oxydes): 20 à 50.
3. Elaboration d'acier à outils au manganèse dans le four basique à arc, teneur en C: 0,85 en Mn
2,0% a) Ancien procédé :
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Désoxydation classique par addition de silicium ' et de 0,5 kg d'aluminium par tonne d'acier.
Température moyenne de coulée en poche: 1630 c
Teneur résiduelle en aluminium de l'acier:
0,01 à 0,02%. Degré de pureté de l'acier selon
DIERGARTEN (inclusions d'oxydes): en moyenne
150 à 200. b) Nouveau procédé:
Température de coulée en poche: 1630 c Ad- dition de- 1,2 kg d'aluminium liquide par tonne d'acier. Teneur en aluminium de l'acier : 0,07à 0,11%. Degré de pureté de. l'acier selon
DIERGARTEN (inclusions d' oxydes) : en moyenne
50 à 80.
Des essais industriels effectués dans l'Aciérie ont démontré que l'on peut obtenir sûrement ces très fai- bles.quantités d'inclusions et que les aciers à l'aluminium se signalent par leur parfaite régularité de leurs quali- tés technologiques. Cette régularité est due au fait que les ségrégations cristallines et celles dans les lingots sont réduites au minimum. La très faible quantité d'inclu- sions extrêmement fines, partiellement hypomicroscopiques, qui se forment lorsque l'acier atteint la température du liquida.; agissent connue germes affinant le grain des structures primaire et secondaire de l'acier.
La répartition des oxydes et des nitrures dans la matrice métallique, obtenue par le nouveau procédé
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d'élaboration de l'acier à l'aluminium, donne également toute garantie contre le grossissement desgrains de la structure de l'acier aux températures usuelles de' cémen- tation et de trempe, de telle sorte que les aciers de cémentation au chrome-manganèse par exemple, peuvent être, avec un succès inconnu jusqu'à ce jour, directe trempés à partir de la température de cémentation. Ils sont insensibles au grossissement du grain,mêne pour les plus longs temps de cémentation pratiqués.
Cette insensibi- lité au grossissement du grain existe également dans les autres traitements superficiels, tels que,par exemple, trempe par. induction ou trompe au chalumeau,
Si l'on veille, lors de l'addition de l'aluminium, à ce que la teneur en aluminium soit au moins septuple de la teneur en azote , la fixation de la presque totalité de l'azote à l'aluminium rend l'acier totalement résistant au vieillissement. La teneur en aluminium de l'acier doit être supérieure à celle' nécessaire à la fixation de l'asote contenu dans l'acier,
afin que la précipitation des nitru- res d'aluminium puisse se faire sous une forme inoffensive* On obtient ainsi des aciers à l'aluminium ayant des valeur de ténacité élevées rendant ces aciers particulièrement aptes à l'emploi au plus basses températures. La teneur en aluminium aux pourcentages indiqués exexce, en outre, un effet favorable sur la trempabilité de l'acier.
Les aciers à l'aluminium élaborés suivant la présente invention permettent donc, pour la première fois, d'utiliser pleinement l'effet de l'aluminium, élénent
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d'alliage, sur l'acier, sans le désavantage d'une mauvai- se coulabilité et d'un nombre trop élevé d'inclusions.
L'effet favorable de la teneur en aluminium selon la pré- sente invention s'applique non seulement au groupe d'- aciers cités à titre d'exemple, mais encore aux aciers d'une composition chimique différente élaborés dans le four Martin et le four à arc basiques où il donne des résultats tout aussi excellents.