BE559193A - - Google Patents

Description

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   On sait que lorsqu'on fabrique un acier, on cherche toujours à l'adapter aux conditions de son emploi ultérieur. 



  C'est ainsi que l'on agit sur la composition et sur les traitements thermiques qui sont les deux facteurs détermi- nants pour ce qui est des propriétés et des qualités de l'acier. On obtient ainsi,par exemple,des aciers spéciaux durs comprenant des éléments durcissants tels que le titane, le vanadium, le molybdène, etc... et on augmente la dureté encore davantage par des trempes étalées ou non par des revenus. 



   Mais s'il est possible de doser judicieusement les teneurs de certains éléments additionnels, il en est, par 

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 contre, d'autres dont la présence est dictée par des considé- rations toutes autres. Or, certains de ces derniers éléments exercent des influences contraires aux qualités requises de l'acier en dernier ressort. Ceci est par exemple le cas du silicium. En effet, on emploie le silicium pour désoxyder, calmer ét   etasser   l'acier. Dans certains cas, la teneur en silicium atteint et   dépasse'   0.8% la teneur moyenne pour un acier dit dur reste généralement aux environs de 0.2%. 



   D'autre part, on s'est apercu aussi que la présence de certains oxydes tels SIO2,A12O3,dans l'acier était indésir- able, surtout lorsqu'il s'agissait d'oxydes durs dont l'absence de plasticité empêchait leur fragmentation au cours du laminage à   chaud.   Ces oxydes durs sont notamment néfastes au cours des travaux de tréfilage, car ils raient et usent prématurément les filières. A l'usinage, la présence de tel- les inclusions provoque une usure prématurée des outils. 



  D'autre part, les ruptures à la fatigue, aux efforts alternés sont amorcées par les inclusions, et, d'autant plus, que leurs dimensions sont importantes et leur forme pointue, allongée, favorisant la concentration des contraintes dans leur voisi- nage, la sphère de   trés   petit diamètre   < 0,1 /   ayant le minimum d'inconvénients. Les inclusions créent encore des irrégularités de structure après trempe qui contribuent aux ruptures prématurées. On a donc intérêt à en modifier sinon le nombre, tout au moins la nature, la grosseur et la forme. 



   La présente invention a essentiellement pour objet un acier répondant aux exigences ci-dessus mentionnées et remarquable.,.,   notamment,   en ce qu'il contient en dehors des . composants usuels une faible ou Iras faible quantité d'un ou de plusieurs métaux   alcalins   et/ou alcalino-terreux. 



   En effet, il est apparu que l'introduction d'un métal alcalin ou   alcalino-terreux   permettait,   d'une   part,   d'abais-   ser la quantité de silicium nécessaire pour calmer et   retas-   

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 ser l'acier, et, d'autre part, de substituer   au-,[     oxydes   durs comme SiO2,et à leurs mélanges tels que les silicates de   fer.,   . 



    -de   manganèse, etc... renfermant par. exemple plus de.40% de SiO2 des silicates ou des oxydes alcalins ou alcalino-terreux qui ont l'avantage d'être infiniment plus   plastiques   à chaude et déformables à froid. 



   Suivant une autre caractéristique de l'invention, on incorpore dans l'acier du calcium, du sodium, du baryum ou un mélange de ces métaux ou de certains d'entre eux. 



   Selon une autre particularité de   l'invention,,   on utilise une teneur en métaux alcalins et/ou alcàlino-terreux telle que le/ou lesdits métaux soient dissous dans la masse, par exemple sous forme de vapeurs. 



   Dans le cas du calcium ou analogue cette teneur peut être comprise par exemple entre   Ô,001   et 0,010% et même at- teindre 0,1%.      



   Lorsqu'on désire augmenter cette teneur, on peut, tou- jours suivant l'invention,   allier   le calcium avec un autre métal tel que, par exemple, du   silicium,   de   l'aluminium,   du cuivre, etc... et ce préalablement à son   incorporation   dans l'acier. On peut aussi mélanger ou   combiner   le   métal   alcalin ou alacalino-terreux additionné avec un ou des métalloïdes tels que, par exemple, 0, N, S, P, etc... 



   On a constaté, en'effet, que grâce   à   cette façon de faire, la solubilité du calcium'dans l'acier pouvait être accrue et   portée   un pourcentage au-delà de 0,01%. 



   Par ailleurs, on   peut   aussi utiliser à cet effet des al- liages de   calcium   et de   sodium   ou d'un autre métal alcalin, par exemple à 80% de Ca et 20% de   @a,   ¯jour   faciliter   la fusion du calcium et sa   diffusion     dans   l'aciar fondu. Le   natal   Ca, en effet,   est'recouvert   d'une pellicule de chaux. réfractaire qui ralentit son pasoage à l'état de   vapeur   dans   l'acier.   La 

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   pellicule   de soude et   de     chaux     fond   à 1200 C et facilite   la.   répartition des vapeurs de Ca dans le bain d'acior. 



   L'expérience a permis de centtaterqu'une  teneur   même trés faible en calcium, en baryum ou   analogue   offrait l'avantage de réduire la teneur en silicium nécessaire pour Calmer l'acier à une valeur très faiblepouvant atteindre   0,03.   



    .Il   est bien évident que cette teneur en silicium peut être augmentée si l'usage ultérieur de l'acier doit l'exiger, ce qui, par exemple, est le cas d'aciers à ressorts dont la teneur en silicium atteint 0,15 -   0,30%.     Mais 'il   reste   en-   tendu   u'mne   teneur de cette importance n'est plus néces- saire simplement pour calmer ou retasser l'acier,   d'où   avantage pour l'usinage, le laminage à chaud et l'endurance à la fatigue.' 
Ainsi qu'il a été dit plus haut, l'action des métaux alcalins ou alcalino-terreux se fait également sentir du point de vue des inclusions. Celles-ci existent généralement sous forme d'oxydes de fer, de manganèse, etc...

   On obtiant alors les réactions suivantes: 
FeO + Ca = CaO + Fe 
MnO + Ca = CaO + Mn 
SiO + 2Ca = 2CaO + Si 
L'acier contient évidemment aussi une certaine quantité de SiO2 n'ayant pas réagi avec les vapeurs de calcium. 



   La question des inclusions est surtout   importante   dans le 'cas d'aciers destinés au tréfilage. Si les inclusions sont très dures elles raient les filières et les usent à une vites- se excessive. Les inclusions dans les aciers conformes à l'invention sont   pl@stiques   surtout à une   température   de 1100-   1200 C   qui est celle d   laminage   des billettes en fil, 
D'autre part, à   l'usage,   les ruptures aux efforts aller nés ne   @otivent   pas être rapides ni   fréquentes,   par exemple 

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 ,pour les câbles ou les pneus métalliques. 



   Le tableaa ci-dessous montre la comparaison entre un fil obtenu par les procédés courants et.un fil obtenu suivant l'invention, les compositions et l'élaboration des aciers- dans les deux cas étant identiques 
 EMI5.1 
 
<tb> Fil <SEP> suivant
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Nature <SEP> fil <SEP> Fil <SEP> Normal <SEP> l'invention
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Diamètres <SEP> 0,15 <SEP> 0,35 <SEP> 0,15 <SEP> 0,35:
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Diaùiè <SEP> 0,15 <SEP> 0,35 <SEP> 0,15 <SEP> 0,35
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<tb> 
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<tb> 
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<tb> 
<tb> 
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> rupture
<tb> 
<tb> 
<tb> au <SEP> tréfilage <SEP> en% <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> 3 <SEP> à <SEP> 5 <SEP> 7 <SEP> à <SEP> 8 <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 1,5:

  
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Usure <SEP> des <SEP> filières <SEP> minime <SEP> 30 <SEP> minim.150
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> en <SEP> Kg <SEP> de <SEP> fil <SEP> tréfilé <SEP> màxim. <SEP> 120 <SEP> maxim.280
<tb> 
<tb> 
<tb> moyenne <SEP> 70 <SEP> moyen. <SEP> 200 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> ruptures
<tb> 
<tb> 
<tb> aux <SEP> essais <SEP> de <SEP> fatigue <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 14 <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> sur <SEP> 100 <SEP> 
<tb> 
 
Pour caractériser la nature des inclusions on a cherché à 'connaître la fraction d'oxygène liée sur le fer et le manga- nèse et celle liée sur le silicium. 



     A   cette fin la demanderesse a mis au point un dosage spécial, basé sur la réduction par le carbone sous vide de 103mm Cette méthode est normalement utilisée à   1750 C   et englobe tout l'oxygène. On a opéré à 1400 C, température qui, selon l'expé- rience faite par la demanderesse, suffit pour réduire 90% de l'oxygène lié sur Mn et Fe , par exemple dans le cas d'aciers renfermant. < 0,030% de Si. La réduction par le C à 1400 C sous vide de 10-3mm se fait de la manière suivante: 
On commence par fondre de l'acier doux dans le creuset en graphite, on le sature en 0 et transforme en fonte à 3% de C environ , sans Si ou avec Si <   0,02%.   



   L'échantillon à doser de 10 gr est introduit dans ce bain de fonte dans la proportion nécessaire pour que la teneur en Si demeure inférieure à 0,030% ce qui exclut pratiquement'un 

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 effet de désoxydation de FeO - MnO propre au Si. hvec 40 gr de fonte et 10 gr d'acier à 0,12% de Si on   obtient   une dilution suffisante pour empêcher une réduction préférentielle par le Si des oxydes métalliques renfermés dans les silicates, ce qui serait susceptible de modifier les résultats. 



   Ayant établi auparavant'.la teneur en oxygène total par le procédé utilisant la réduction sous vide à 10-3mm. à   1750 0,   un calcule par différence l'oxygène fixé sur la silice et, par là aussi, la teneur exacte en silice. Les chiffres obtenus à   1400 C   englobent aussi le calcium, car sous vide poussé ce métal distille à   1400 0.   La réduction de CaO par le carbone fournit Ca pur et CO lequel est dosé séparément. 



   On peut doser le calcium directement sur une prise de 10 gr. par exemple dissoute dans SO4H2, le fer étant séparé sur une cathode à mercure. Le calcium est dosé au spéctrophoto- mètre de flammes   Beckman   par comparaison avec une solution di- luée de sel correspondant (sulfate de calcium par exemple,   onde   622m  ). 



   On a pu obtenir les résultats suivants avec deux aciers, dont l'un était traité selon l'invention, la composition et l'élaboration des deux ayant été identiques. 
 EMI6.1 
 
<tb> acier <SEP> acier <SEP> selon
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
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<tb> 
<tb> acier <SEP> connu <SEP> l'invention
<tb> 
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<tb> 
<tb> 
<tb> oxygène <SEP> total <SEP> réduit <SEP> 0,008 <SEP> 0,010% <SEP> 0,008 <SEP> - <SEP> 0,012%
<tb> 
<tb> 
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<tb> 
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<tb> à <SEP> 1750 C
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<tb> 
<tb> oxygène <SEP> p..rtiel <SEP> réduit=
<tb> 
 
 EMI6.2 
 là 1400 C .: 0,002 - 0,()C)3r O,OOq. - 0,008i Les indices d'inclusion JK étaient les suivants: 
 EMI6.3 
 :sur billettes de 50 mmi i 119 - 214: 1,3 - 2,4 Il Sur fil l:miné Sur fil lamine à ch'-.u.d:

   de 5 mm t L 0,4 - 1 ' 0,1 - 0,3 

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 EMI7.1 
 L'expérience a montré que âos ,..-"". r faibles de calcium, de   baryum,   de sodium ou d'un mélange ou alliage de ces corps étaient susceptibles de modifier la nature des inclusions. 'Ainsi, par   exemple;   à   partir   d'une addition de 50 gr. - 80 gr. par tonne de calcium dans une coulée d'un 
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 acier contenant: C 0,50 à 0,80; et Mn 0,40% à 0,60%, une   rétassure   très suffisante se manifeste déjà pour une teneur en silicium de 0,10 à 0,15%. 



   Or, d'une façon normale, sans   l'emploi   de Ca la rotas- sure ne se produit que pour des teneurs   nettement   plus élevées en Si. 



   Dans le cas où le silicium présent dans l'acier l'est à un taux supérieur à   0,03%,   il se forme des .silicates de Ca, Na, Ba, etc... qui présentent tous une faible   dureté   et une plasticité suffisante pour assurer l'exécution correcte du tréfilage. 



   L'examen microscopique des aciers conformes à l'inven- tion a permis de constater que les inclusions étaient complè- tement dissoutes non seulement par l'acide fluorhydrique, mais aussi par le chlorure stanneux en solution chlorhydrique tandis que le picrate alcalin bouillant provoquait une dis- solution partielle. 



   Par contre, les inclusions provenant des aciers connus de   même composition et  de même élaboration ne sont pas   solublés   dans les réactifs alcalins bouillants, ni dans le chlorure stanneux acide. 



   Ainsi qu'il a-été précisé plus haut, les métaux alcalins et   alcalino-terreux   nesont   solubles   dans l'acier que jusqu'à une certaine limite. Or, en les combinant judicieusement ou en les associant avec des corps jouant le rôle de véhicules   (Al,   Cu, Si, etc... ) on peut   augmenter   la solubilité. En même temps, on s'est rendu compte de ce que la présence des métaux alcalins faisait baisser le point de fusion des inclu- sions. 

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   L'addition des métaux alcalins et alcalino-terreux peut se faire de diverses façons. C peut préparer des comprimés, des pastilles, des mélanges pulvérulents, etc... et les pré- cipiter ou les injecter dans la poche ou la lingotière, éventuellement sous pression, à 7-10 Kgs/cm2 par exemple. 



   On peut aussi injecter ces   métaux   à l'état de vapeurs portées à la température voulue fournissant ane pression de 1,5 à   2,5   Kgs/cm2 par exemple, cet ce pression devant être suffisante pour permettre leur pénétration au fond de la poche. 



   Uniquement à titre d'exemple, on peut indiquer que de trés bons résultats ont pu être obtenu avec des aciers ayant la composition suivante: 
CARBONE - 0,1 à   0,9%   
MANGANESE - 0,3 à 1,0% 
SILICE -   0,03   à   0,20%     ALUMINIUM   - jusqu'à 0,20%   PHOSPHORE - jusqu'à 0,030% NITROGENE - jusqu'à 0,015%   
SULFURE - jusqu'à 0,020% 
OXYGENE - jusqu'à 0,012% la teneur de calcium ajouté à cet acier dépendant de la teneur en carbone. 



   L'invention vise également, à titre de produits industri-      els nouveaux, les articles obtenus au moyen de l'acier conforme à l'invention. 



   Bien   entendu,'l'invention   n'est nullement limitée ni aux modes opératoires, ni aux proportions décrits donnés uni-   quement   à titre   d'exemple.  

Claims (1)

1. REVENDICATIONS.

   1. Un acier dépourvu d'inclusions de grande dureté, cara- ctérisé en ce qu'il contient en dehors des composants usuels une faible ou très faible quantité d'un ou de plusieurs métaux alcalins et/ou alcalino-terreux.

   2. Acier suivant la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on incorpore dans l'acier du calcium, du sodium, du baryum ou un mélange de' ces métaux ou de certains d'entre eux.

   3. Acier suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise une teneur en métaux alcalins et/ou alcalino-terreux telle que le ou lesdits métaux soient dissous dans la.masse par exemple sous forme de vapeurs.

   4. Acier suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'on utilise le métal additionné sous forme d'un mélange ou d'un composé avec un métalloïde tel par exemple que 0, N, P, S, etc..., 5. Acier suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que dans le cas du calcium ou analogue, cet-- te teneur peut être comprise par exemple entre 0,001 et 0,010% et même atteindre 0,1%.

   6. Acier suivant l'une des revendication précédentes caractérisé en ce que pour augmenter la teneur de l'acier en métaux alcalino-terreux, on y incorpore un mélange ou un al- liage d'un métal alcalin.avec un métal alcalino-terreux comme par exemple Na, Ca, ou encore on utilise un corps dit véhicule tel que Cu, Al, Si, etc...

   7. Acier suivant l'une-des revendications précédentes caractérisé en ce que l'acier contient une teneur faible en silicium qui est fonction de sa teneur en métal ou métaux alcalins et alcalino-terreux. <Desc/Clms Page number 10>

   8. Acier suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'acier contient une teneur en Si de 0,03 - 0,14%.

   9. Acier suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, suivant un mode de réalisation, l'acier contient de plus: CARBONE - 0,1 à 0,9% MANGANESE- 0,3 à 1,0% SILICE - 0,03 à 0,20% ALUMINIUM - jusqu'à 0,20% PHOSPHORE - jusqu'à 0,030% NITROGENE - jusque 0,015% SULFURE - jusqu'à 0,020% OXYGENE - jusqu'à 0,012% 10. Un procédé de fabrication de l'acier précité cara- ctérisé en ce qu'il consiste à incorporer à la coulée d'acier une certaine qhantité faible ou très faible d'un ou de plus- ieurs métaux alcalins et/ou alcalino-terreux.

   11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'incorporation se fait par voie d'addition ou d'injection, avec ou sans pression.

   12. Procédé suivant l'une des revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que l'addition est opérée au moment où l'acier se trouve dans le four, dans la poche ou dans la lingotière.

   13. Procédé suivant l'une des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que le métal ou l'alliage d'addition est employé à l'état solide, sous forme de briquettes, de compri- més, de poudre, etc.,.. ou de vapeurs.

   14. Procédé suivant l'une des revendications 10 à 13 caractérisé en ce que dans le o@s d'emploi de vapeurs, on les utilise à une temper ture telle que :Le jet soit en mesure de vaincre la pression de la colonne d'acier et de pénétrer dans le fond du four de la poche ou de la lingotire. <Desc/Clms Page number 11>

   15. Procédé suivant l'une des revendications 10 à 14 EMI11.1 caractèrise en ce Q..1}:e, suivant un i.iode de réalisation, l'acier contient de plus: CARBONE - 0,1 à 0,9% EMI11.2 LiANG-ÂNESE - 0,3 à 1,0% SILICE - 0,03 à Oe2Oc/ 1>iiJiullllÙli - jusqu'à 0,20% PHOSPHORE - jusqu'à 0,030% NITROGENE - jusqu'à 0,015% SULFURE - jusqu'à 0,020% OXYGENE - jusqu'à 0,012% 16. A titre de produits industriels nouveaux, les divers articles fabriqués au moyen de l'acier précité et notamment les articles tréfilés, laminés, forgés, etc...

   17. Acier en substance comme décrit.

   18. Procédé en substance comme décrit.