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Les tentatives faites en vue d'élaborer des aciers insensibles au vieillissement et résistants après soudage au moyen du procédé bon marché du soufflage, soit au convertisseur Thomas, soit au convertisseur Bessemer, soit au convertisseur à l'oxygène, ont conduit à toute une
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série de procédés spéciaux d'élaboration ayant pour but d'éliminer l' effet nuisible d'une haute teneur en oxygène et en azote des aciers, ou tout au moins de l'atténuer par une désoxydation spéciale.
La teneur en azote de l'acier peut être réduite par le remplacement partiel ou total du vent d'affinage par l'oxygène ou d'autres mélanges de gaz oxydants, tels que le CO2 et la vapeur d'eau, ou par une addition de minerai.
Comme désoxydants spéciaux on emploie entre autres l'aluminium et ses alliages. Dans ce cas, l'acier contient, après désoxydation, 0,01 à 0,05 % d'aluminium résiduel, en majeure partie sous forme de nitrures.
De plus, on a déjà proposé de combiner l'azote en excès avec le vanadium et le titane.
On obtient ainsi des aciers très peu sensibles au vieillissement après traitement thermique (par exemple, recuit de normalisation).
Toutefois, de tels aciers se.fragilisent, si leur teneur en phosphore est élevée.
D'autre part, l'amélioration réalisée par le passé des propriétés des aciers calmés élaborés au con- vertisseur ne suffit pas pour en faire des aciers insensibles au vieillissement, résistants après soudage, pouvant remplacer avantageusement les aciers Martin.
De longs essais effectués avec des aciers calmés. fabriqués au convertisseur, notamment au convertisseur Thomas, ont démontré, contrairement à l'état actuel de la technique, que les propriétés de ces aciers peuvent être suffisamment améliorées par une addition de 0,12 à 1,0 %, de préférence de 0,15 à 0,50% d'aluminium, pour atteindre à coup sur et même surpasser les propriétés des aciers de
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construction métallique bien connus élaborés au four
Martin basique.
Cette teneur en aluminium proposée par la présente invention, et qui doit se trouver sous forme de solution solide dans le métal, exerce plusieurs effets améliorants sur les propriétés des aciers préparés au convertisseur.
Tout d'abord, elle donne une réduction pratiquement complète des produits présenta de la réaction du manganèse, du silicium et d'autres éléments d'addition, les aluminates ainsi formés étant ,encore liquides à la température de réaction et s'éliminant rapidement.
@
La pureté des aciers à l'aluminium faisant l'objet de la présente invention est sensiblement plus élevée que celle des aciers ordinaires fabriqués au convertisseur et dépasse, en règle générale, celle des aciers Martin ordinai- res. En conséquence, la coulabilité desdits aciers à l'- aluminium est très bonne. Ces aciers l'emportent donc, par exemple, sur les aciers dans lesquels on a ajouté 1'- . addition habituelle de désoxydants spéciaux contenant de l'aluminium.
La teneur d'au moins 0,12 % d'aluminium abaisse tellement la teneur en oxygène résiduel, dissous dans l'- acier encore liquide qu'aucune quantité nuisible de pro- duits de désoxydation ne peut plus se précipiter lors du refroidissement et de la solidification du métal. Natu- rellement, tous les effets préjudiciables de l'oxygène sont ainsi éliminés.
Les précipités finement dispersés des composés de l'aluminium-formés pendant le refroidissement et la solidification du métal agissent comme des germes et donnent naissance à une structure primaire exempte de ségrégations, pratiquement homogène sur toute la section du métal.
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Pour éviter tout vieillissement par l'azote et obtenir des nitrures d'aluminium sous une forme inoffen- sive, la teneur en aluminium proposée par la présente invention doit être d'au moins 15 fois la teneur en azote.
L'excédent d'aluminium-métal dissous dans la matrice mé- tallique provoque évidemment une dispersion favorable des nitrures, qui équivaut à une réduction de leur solubilité, de sorte qu'aucune précipitation dispersée critique ne peut plus avoir lieu, même pour les vitesses normales de refroi- dissement des pièces de forte section à la température de façonnage à chaud.
Ces aciers à l'aluminium possèdent une parfaite résistance au vieillissement déjà à l'état laminé et n'ont généralement pas beboin de subir un traitement thermique ultérieur. Grâce à cette résistance au vieillissement, les tensions se produisant lors de leur soudage ne peuvent provoquer aucune fragilisation de ces aciers qui sont donc très résistants après soudage.
D'ailleurs, l'addition d'aluminium proposée par la présente invention conduit à la suppression de l'effet nuisible de la haute teneur en phosphore (jusqu'à environ 0,1 %) des aciers Thomas ordinaires.-L'augmentation de la teneur en phosphore a même pour effet d'accroître la limite élastique et d'a @ater légèrement la résistance à la traction, sans que -La ténacité et la résistance au vieillissement soient influencées.-
Une addition de phosphore permet donc de fabri- quer des aciers de construction ayant une limite élasti- que élevée, c'est-à-dire que le phosphore, considéré à ce jour comme nuisible , peut être utilisé confie élément d'alliage utile, même anticorrosif, et bon marché.
L'effet de l'addition d'aluminium dans le;. aciers
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fabriqués au convertisseur suivant la présente invention ressort de la comparaison ci-après des propriétés mécaniques de deux aciers de construction correspondant à la nuance St 37.12.
1) - Acier Thomas ordinaire, opina au ferro-silicium et à l'aluminium.
Composition 0,07 % de C, 0,56 % de Mn, 0,24 % de Si, 0,051 % de P, 0,028 % de S, 0,016 % de N2, 0,02 % d'Al
Grosseur' du grain selon ASTM: 7
Aciers marchands de 30 mm de @, résistance à la trac- tion à l'état laminé': 45 kg/mm2
Résilience en kgm/cm2 (éprouvette DVM):
EMI5.1
<tb>
<tb> température <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état
<tb> laminé <SEP> laminé <SEP> et <SEP> normalisé <SEP> normalisé
<tb> @ <SEP> C <SEP> vieilli(1) <SEP> et <SEP> vieilli(1)
<tb> + <SEP> 20 <SEP> 23 <SEP> 1,5 <SEP> 22 <SEP> 10
<tb> ¯ <SEP> 0 <SEP> 15 <SEP> 0,8 <SEP> 20 <SEP> 7
<tb> ¯ <SEP> 20 <SEP> 6 <SEP> 0,5 <SEP> 10 <SEP> 0,5
<tb> - <SEP> 40 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,7 <SEP> 0,5
<tb>
(1) étiré de 10% et vieilli pendant une heure à 250 C.
L'essai de tournage par gradins de l'acier marchand a donné l'indice 12 à 16. La teneur en scorie oxydée, déterminée par isolation, est comprise entre 0,058 % et 0, 087 %.
2)- Acier Thomas ordinaire, désoxydé au ferro-silicium, avec.une addition d'aluminium,
Composition chimique: 0,07 % de C, 0,60% de Mn, 0,20% de Si-;' 0,056% de P, 0,025% de S, 0,016% de N2, 0,25% d'Al.
Aciers marchands de 30mm de @, résistance à la tractïor. à l'état laminé : 42,9 kg/mm
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Grosseur du grain selon ASTM: 8 Résilience en Kgm/cm2 (éprouvette DVM):
EMI6.1
<tb>
<tb> température <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état
<tb> laminé <SEP> laminé <SEP> et <SEP> normalisé <SEP> normalisé <SEP> et
<tb> @ <SEP> C <SEP> vieilli(1) <SEP> vieilli <SEP> (1)
<tb> + <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 21
<tb> + <SEP> 0 <SEP> 32. <SEP> 17 <SEP> 34 <SEP> 19
<tb> - <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 15 <SEP> 32 <SEP> 17
<tb> - <SEP> 40' <SEP> 25 <SEP> 14 <SEP> 26 <SEP> . <SEP> 15
<tb> - <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> 8 <SEP> 21 <SEP> 8
<tb>
(1) étiré de 10% et-vieilli pendant une heure à 2500 C.
L'essai de tournage par gradins de l'acier laminéa donné l'indice 0 (exempt de défauts). La teneur en scorie oxydée, déterminée par isolation, est comprise entre 0,018 % et 0,021%.
L'acier Thomas avec l'addition d'aluminium proposée par la présente invention atteint donc des valeurs équivalent à celles d'un acier Martin à grain fin de même composition chimique,'désoxydée à l'aide de désoxydants spéciaux.
Sa pureté équivaut également à celle d'un bon acier Martin.
L'addition d'aluminium conforme à la présente invention présente encore l'avantage d'augmenter la résistance aux efforts alternés et d'améliorer la trempabilité et l'aptitude au traite,:lent thermique. foutes les améliorations décrites plus haut ouvrent un vaste domaine d'application aux aciers calmés élaborés au convertisseur avec une addition d'aluminium suivant la présente invention. Il va de soi que l'on peut adapter les propriétés de ces aciers aux usages spéciaux par l'emploi d'éléments d'alliage les plus divers.
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Un autre avantage de la présente invention consiste à pouvoir renoncer à l'emploi des désoxydants tels que ferro-silicium et silicium-calcium, si cela apparait oppor- tun pour certaines applications spéciales de ces aciers.
L'addition d'aluminium proposée suivant la présente . invention est ajoutée à l'acier de préférence à l'état li- quide, au cours de la coulée de l'acier dans la poche, après addition des éléments d'alliage et des oxydants. On laisse couler l'aluminium dans l'acier, dos que la poche de coulée contient 'environ 1 à 2 tonnes d'acier et on termine l'addition quand les 2/3 de l'acier sont coulés dans la poche. Cette addition produit une répartition plus ré- gulière de l'aluminium dans l'acier liquide et des réactions plus rapides sur les gaz résiduels dissous dans l'acier, ainsi qu'une élimination plus rapide des produits de là réaction dans la poche de coulée que l'addition solide.
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Attempts to produce steels insensitive to aging and resistant after welding by means of the inexpensive process of blowing, either with the Thomas converter, or the Bessemer converter, or the oxygen converter, have led to a whole
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series of special production processes aimed at eliminating the harmful effect of a high oxygen and nitrogen content in steels, or at least attenuating it by special deoxidation.
The nitrogen content of the steel can be reduced by the partial or total replacement of the refining wind by oxygen or other oxidizing gas mixtures, such as CO2 and water vapor, or by adding of ore.
As special deoxidizers, among others, aluminum and its alloys are used. In this case, the steel contains, after deoxidation, 0.01 to 0.05% residual aluminum, most of it in the form of nitrides.
In addition, it has already been proposed to combine excess nitrogen with vanadium and titanium.
Steels are thus obtained which are not very sensitive to aging after heat treatment (for example, normalization annealing).
However, such steels fragilize if their phosphorus content is high.
On the other hand, the improvement achieved in the past in the properties of calmed steels produced in the converter is not sufficient to make them insensitive to aging, resistant after welding, which can advantageously replace Martin steels.
Long tests carried out with calmed steels. manufactured at the converter, in particular at the Thomas converter, have demonstrated, contrary to the current state of the art, that the properties of these steels can be sufficiently improved by an addition of 0.12 to 1.0%, preferably of 0, 15 to 0.50% aluminum, to surely achieve and even surpass the properties of
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well-known metal construction developed in the oven
Basic Martin.
This aluminum content proposed by the present invention, and which must be in the form of a solid solution in the metal, exerts several improving effects on the properties of the steels prepared in the converter.
First of all, it gives a practically complete reduction of the products presented from the reaction of manganese, silicon and other additives, the aluminates thus formed being, still liquid at the reaction temperature and being removed rapidly.
@
The purity of the aluminum steels object of the present invention is significantly higher than that of ordinary converter-made steels and generally exceeds that of ordinary Martin steels. Consequently, the castability of said aluminum steels is very good. These steels therefore prevail, for example, over the steels in which 1'- has been added. usual addition of special deoxidizers containing aluminum.
The content of at least 0.12% aluminum lowers the content of residual oxygen dissolved in the still liquid steel so much that no harmful quantity of deoxidation products can precipitate out during cooling and heating. solidification of the metal. Naturally, all the detrimental effects of oxygen are thus eliminated.
The finely dispersed precipitates of the aluminum compounds formed during the cooling and solidification of the metal act as seeds and give rise to a primary structure free of segregation, practically homogeneous over the entire cross section of the metal.
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In order to avoid nitrogen aging and to obtain aluminum nitrides in a harmless form, the aluminum content provided by the present invention should be at least 15 times the nitrogen content.
The excess aluminum-metal dissolved in the metal matrix obviously causes a favorable dispersion of the nitrides, which is equivalent to a reduction in their solubility, so that no critical dispersed precipitation can take place any more, even for the speeds. normal cooling of large section parts to hot working temperature.
These aluminum steels have a perfect resistance to aging already in the rolled state and generally do not need to undergo a subsequent heat treatment. Thanks to this resistance to aging, the stresses occurring during their welding can not cause any weakening of these steels which are therefore very resistant after welding.
Moreover, the addition of aluminum proposed by the present invention leads to the elimination of the deleterious effect of the high phosphorus content (up to about 0.1%) of ordinary Thomas steels. the phosphorus content even has the effect of increasing the elastic limit and slightly altering the tensile strength, without -The toughness and aging resistance are influenced.
An addition of phosphorus therefore makes it possible to manufacture structural steels having a high elastic limit, that is to say that phosphorus, considered to date to be harmful, can be used as a useful alloying element, even anticorrosive, and inexpensive.
The effect of adding aluminum to it. steels
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manufactured using the converter according to the present invention emerges from the following comparison of the mechanical properties of two structural steels corresponding to grade St 37.12.
1) - Ordinary Thomas steel, opina to ferro-silicon and aluminum.
Composition 0.07% C, 0.56% Mn, 0.24% Si, 0.051% P, 0.028% S, 0.016% N2, 0.02% Al
Grain size according to ASTM: 7
30 mm @ merchantable steels, tensile strength in the rolled state: 45 kg / mm2
Resilience in kgm / cm2 (DVM specimen):
EMI5.1
<tb>
<tb> temperature <SEP> to <SEP> state <SEP> to <SEP> state <SEP> to <SEP> state <SEP> to <SEP> state
<tb> laminate <SEP> laminate <SEP> and <SEP> normalized <SEP> normalized
<tb> @ <SEP> C <SEP> aged (1) <SEP> and <SEP> aged (1)
<tb> + <SEP> 20 <SEP> 23 <SEP> 1.5 <SEP> 22 <SEP> 10
<tb> ¯ <SEP> 0 <SEP> 15 <SEP> 0.8 <SEP> 20 <SEP> 7
<tb> ¯ <SEP> 20 <SEP> 6 <SEP> 0.5 <SEP> 10 <SEP> 0.5
<tb> - <SEP> 40 <SEP> 0.5 <SEP> 0.5 <SEP> 0.7 <SEP> 0.5
<tb>
(1) stretched 10% and aged for one hour at 250 C.
The merchant steel stepped turning test gave an index of 12 to 16. The content of oxidized slag, determined by insulation, is between 0.058% and 0.087%.
2) - Ordinary Thomas steel, ferro-silicon deoxidized, with an addition of aluminum,
Chemical composition: 0.07% C, 0.60% Mn, 0.20% Si-; ' 0.056% P, 0.025% S, 0.016% N2, 0.25% Al.
30mm @ merchant steels, resistance to tractor. in rolled state: 42.9 kg / mm
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Grain size according to ASTM: 8 Resilience in Kgm / cm2 (DVM specimen):
EMI6.1
<tb>
<tb> temperature <SEP> to <SEP> state <SEP> to <SEP> state <SEP> to <SEP> state <SEP> to <SEP> state
<tb> laminate <SEP> laminate <SEP> and <SEP> standardized <SEP> standardized <SEP> and
<tb> @ <SEP> C <SEP> aged (1) <SEP> aged <SEP> (1)
<tb> + <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 21
<tb> + <SEP> 0 <SEP> 32. <SEP> 17 <SEP> 34 <SEP> 19
<tb> - <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 15 <SEP> 32 <SEP> 17
<tb> - <SEP> 40 '<SEP> 25 <SEP> 14 <SEP> 26 <SEP>. <SEP> 15
<tb> - <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> 8 <SEP> 21 <SEP> 8
<tb>
(1) stretched 10% and aged for one hour at 2500 C.
The stepped turning test of the lamina steel gave the index 0 (free from defects). The content of oxidized slag, determined by isolation, is between 0.018% and 0.021%.
Thomas steel with the addition of aluminum proposed by the present invention therefore attains values equivalent to those of a fine grain Martin steel of the same chemical composition, deoxidized using special deoxidizers.
Its purity is also equivalent to that of a good Martin steel.
The addition of aluminum in accordance with the present invention also has the advantage of increasing the resistance to alternating forces and of improving the hardenability and the processability,: slow thermal. All the improvements described above open a wide field of application to calmed steels produced in the converter with an addition of aluminum according to the present invention. It goes without saying that the properties of these steels can be adapted to special uses by the use of the most diverse alloying elements.
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Another advantage of the present invention consists in being able to dispense with the use of deoxidizers such as ferro-silicon and silicon-calcium, if this appears appropriate for certain special applications of these steels.
The addition of aluminum proposed herein. The invention is added to the steel, preferably in the liquid state, during the casting of the steel into the ladle, after addition of the alloying elements and the oxidants. The aluminum is allowed to flow into the steel, back which the ladle contains about 1 to 2 tons of steel and the addition is completed when 2/3 of the steel is poured into the ladle. This addition produces a more even distribution of the aluminum in the liquid steel and more rapid reactions on the residual gases dissolved in the steel, as well as a more rapid removal of the products of the reaction in the ladle. than the solid addition.