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Procédé pour l'amélioration des qualités de l'acier semi-calmé
La présente invention, due à Monsieur Jean DAUBERSY. est relative à un procédé pour l'amélioration des qualités de l'acier semi-calme.
On sait que. toutes autres conditions égales. certains facteurs de qualité des aciers dépendent de la façon dont ils sont coulés et solidifiés en lingotière. C'est ainsi que d'une façon générale, un acier semi-calmé présente -
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tage d'avoir un meilleur rendement ai, ':.......c., ....-' ¯,xx coulé effervescent ou calmé; par contre on considère souvent que sa propreté métallographique est insuffisante et que sa résistance à la fragilité et à la fatigue est inférieure à celle des aciers calmes correspondants.
Il semble utile de rappeler ici que la struc- ture des aciers semi-calmés est en quelque sorte intermédiaire entre celle des aciers effervescents et celle des aciers calmés.
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On sait que la coulée d'un acier non désoxydé conduit au cours de son refroidissement en lingotière à l'apparition du phéno- mène d'effervescence. caractérisé par un violent dégagement de CO qui provoque un bouillonnement intense- de l'acier liquide.
Un tel phénomène peut être bloqué de façon quasi complète en introduisant dans l'acier liquide une quantité appropriée d' aluminium. lequel arrête la formation de CO en s'emparant lui- même de l'oxygène dissous. Les aciers ainsi traités (calmés) à l'aluminium présentent l'inconvénient caractéristique de la retassure en tête du lingot. Afin d'éviter cet inconvénient. on réalise la désoxydation de l'acier au moyen de silicium dont le pouvoir désoxydant est sensiblement inférieur à celui de l'aluminium.
L'ajoute de cet élément dans un acier liquida en quantité bien déterminée. fonction par ailleurs de la com- position de cet acier, laisse subsister la possibilité de for- mation de CO dans une proportion insuffisante pour provoquer l'effervescence de l'acier. mais suffisante pour que le CO formé se répartisse dans l'acier en formant des soufflures disséminées. ce qui permet à l'acier de se solidifier sans provoquer l'apparition de retassure.
On a déjà cherché à obtenir par d'autres pro- cédés des aciers à structure semi-calmée. Parmi ces procédés on peut citer principalement ceux suivant lesquels on effectue un dégazage sous vide de l'acier, dégasage grâce auquel, comme on le sait. on peut obtenir une valeur de l'équilibre [C x O] comparable à celle obtenue pour les aciers traités au Si.
Il faut cependant se rappeler que le CO n'est pas le seul gaz à se dégager d'un acier en cours de solidifi- cation et que d'autres gaz. tels que par ex. l'azote et l'hy- drogène peuvent également donner lieu à dégagement dans des conditions analogues. Se fondant sur cette remarque. le pro- cédé de l'invention consiste à créer une structure semi-calmée dans un lingot d'acier. grâce à la présence d'hydrogène en une teneur soigneusement dosée.
Le procédé objet de la présente invention com- porte essentiellement deux phases; au cours de la première, on dissout dans le métal en fusion, une quantité d'hydrogène
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supérieure à la quantité nécessaire pour réaliser une structure semi-calmée à la coulée du métal en lingotière; au cours de la seconde phase. on règle le niveau d'hydrogène, soit dans le récipient en fin d'affinage. soit dans la poche de coulée. soit dans le jet de coulée.
Ce procédé de désoxydation par l'hydrogène pré- sentf l'avantage d'éviter les difficultés inhérentes aux pro- cédés suivant lesquels on effectue la désoxydation au moyen de C.
La présence d'hydrogène dissout dans l'acier liquide provoque. ainsi qu'il a été dit plus haut, et qu'il est par ailleurs bien connu, un phénomène de désoxydation; la vapeur d'eau produite s'élimine sous forme gazeuse sans lais- ser d'inclusion.
Par ailleurs cette désoxydation est d'autant plus complète et plus rapide que la température du métal est plus élevée. ce qui à ce point de vue différentie l'action de l'hydrogène de celle du carbone; on sait en effet que dans une désoxydation d'acier au moyen de C. le produit [C x O] @ en équilibre est d'autant plus grand que la température est plus élevée, ce qui.dans les procédés traditionnels bien connue* d'élaboration de l'acier, conduit à terminer l'opération aux températures les plus basses possibles, que l'on utilise un convertisseur, un four Martin ou un four électrique..
Suivant le procédé de l'invention et contrai- rement à ce qui était pratiqué antérieurement, on introduit donc dans l'acier liquide des corps producteurs d'hydrogène, aux températures les plus élevées possibles.
Suivant une variante avantageuse du procédé de l'invention, l'hydrogène est introduit sous forme atomique dans le récipient d'affinage. ce qui augmente encore la faci- lité avec laquelle il se dissout dans l'acier liquide. Cet état atomique peut être obtenu par exemple par décomposition d'un hydrocarbure. ou de NH, soit par dissociation directe de l'hydrogène moléculaire à très haute température. par exem- ple au moyen d'un arc électrique. ou d'une torche à plasma.
Conformément à la première phase du procédé de
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l'invention. on a ainsi produit un acier complètement désoxydé (éventuellement avec un apport d'aluminium) mais surhydrogéné.
Afin d'éviter que l'hydrogène dissout dans 1' acier ne se dégage brusquement lors de la coulée de l'acier en lingotière et ne fasse sortir le métal hors du moule. on peut. conformément à la seconde phase du procédé de l'inven- tion, ramener la teneur de l'acier en hydrogène au niveau nécessaire pour obtenir une structure semi-calmée. en opérant de la façon suivante : a par un dégasage sous vide. suivant procédé connu en soi: b en injectant dans le métal un gaz non hydrogéné de préfé- rence à l'état de fines bulles gazeuses. le dit gaz pouvant par ex. être de l'argon ou de l'azote moléculaire.
Suivant une autre variante avantageuse du procédé de l'invention. la seconde phase du dit procédé peut être suivie d'une opération de réglage fin de la teneur de l'acier en hydrogène en injectant dans le jet de coulée, soit des gaz porteurs d'hydrogène, soit des gaz déshydrogénants. le réglage se faisant à la vue du comportement de l'acier en lingotière. Ce réglage peut comporter une ou plusieurs injections successives de l'un et/ou l'autre des deux types de gaz.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour l'élaboration d'un acier semi- calm dans 13quel l'affinage désoxydant du dit acier est conduit dans tout récipient connu en soi. caractérise en ce que, au cours d'une première phase du dit affinage. on dissout dans le métal fondu. une quantité d'hydrogène supérieure à la quantité nécessaire peur réaliser une structure semi-calmée à la coulée du métal en lingetière en ce que. au cours d'une second phase on règle le niveau d'hydrogène présent dans le métal en fin d'affinage, soit dans le récipient d'affinage. soit dans la poche de coulée, soitdans le jet de coulée de façon à obtenir une structure semi-calmée dans le métal.