Procédé de décarburation à l'état solide de pièces en acier et produit sidérurgique en résultant. L'invention comprend un procédé de dé- carburation à l'état solide de pièces en acier, d'une épaisseur pouvant aller jusqq'à 2,5 mm, caractérisé en ce que les pièces sont tout d'abord légèrement écrouies en vue de favori ser, lors du traitement thermique uiltérieur, la production de très gros grains,
et qu'elles sont chauffées en milieu décarburant, à une température telle que lesdites pièces soient portées dans la zone Fer P + austénite du diagramme fer-carbone, la température étant tautefoie limitée à celle, correspondant à la formation -de très gros grains,
(par exemple grosseur correspondant à au moins. égal à 1/.1 de grain par cm' de d'image au microscope sous un .grossissement de 100, diamètres), et le traitement thermique étant poursuivi pen dant un temps suffisant à assurer l'abaisse ment de la teneur en carbone jusqu'à @0,02@% au plus, les pièces étant finalement soumisses à un refroidissement lent.
L'invention -comprend en outre un produit sidérurgique obtenu par ledit procédé et caractérisé en ce qu'il est décarburé à coeur, contient une proportion .de carbone inférieure à 0,02%, les impuretés habituelles de, l'acier, Si, Mn, S, P, ce produit présentant en outre une faible limite élastique, une dureté très faible, une grande perméabilité magnétique et un faible hystérésis.
S'il est relativement facile de décarburer les feuillards d'acier doux très minces (de l'ordre de 0,1 mm en particulier) par chauf fage en milieu -décarburant, il a été jusqu'à présent très difficile sinon impossible de,dé carburer à coeur des tôles ou des feuillards atteignant 2,5 mm d'épaisseur;
fa décarbura- tion étant considérée comme présentant seule- ment des effets superficiels.
La décarburation selon l'invention résulte d'un appauvrissement graduel en carbone de la phase austénique, dans le système uni variant Fer ,B -f- austénite (voir diagramme représenté au dessin annexé), l'absorption du carbone étant produite par un milieu exté rieur décarburant.
La température du traitement thermique de décarburation est de préférence constante d'un bout à l'autre pour maintenir stable l'équilibre théorique du système univariant Fer P -i- austénite.
La décarburation et l'absorption du car bone par le milieu décarburant sont facilitées par la structure à très, gros grains qui dimi nue les résistances passives ;lors ,de la ,diffu- sion du carbone d'un grain solide y au grain voisin -de la même solution, appauvri par l'ac tion extérieure ,du millieu décarburantt.
Cette structure à très, grosgraine obtenue lors du traitement thermique résulte d'un écrouissage partiel des pièces avant traite ment thermique.
L'écrouissage sera préférablement obtenu par laminage .à, froid, de telle façon que la longueur des pièces soit augmentée à 3 à 5 environ, ceci selon la nature des, produits à obtenir.
Le traitement thermique de décarburation sera suivi d'un refroidissement dent, par exemple de l'ordre .de moins .de M' par heure environ et qui est prévu de façon qu'il dimi nue encore la limite élastique -et la dureté, tout en globulant les impuretés ou les consti tuants non dissous, qui seraient susceptibles de provoquer un, durcissement.
Plus la température du traitement de dé- carburation est élevée, p11us rapide est la dé- carburation. Toutefois, cette température est choisie de façon à rester inférieure à la ligne G-D du diagramme fer-carbone, de façon à ne pas provoquer, au refroidissement,
par le passage de l'état y à l'état P, la transforma tion des gros grains en grains fins, qui dé truirait les qualités physiques (malléabilité et propriétés magnétiques) recherchées.
La température de traitement est -de préfé rence comprise entre 810 et $50 , l'expérience montrant que dans ale domaine Fer ,B + aus- ténite, la zone de grossissement des grains est, dans la plupart des cas, comprise dans cet intervalle. Au delà de 850 C, il y a ten dance à la multiplication .dés bains.
Pour les aciers doux, il est avantageux d'opérer à une température de 850"C envi ron.
La température de chauffage est natu rellement fonction de la teneur en carbone de l'acier traité et doit être d'autant plus. faible que l'on se rapproche de l'eutectoide, figuré sur le dessin par le point D (carbone = 0,9,%). La durée de chauffage, de son côté, est fonc tion de la quantité,de carbone et -de l'épais seur de la pièce, cette durée étant, par exem ple,
de 6 heures pour une tôle de 1 mm et de 12 à 15 heures pour une tôle -de 1,5 mm.
Le chauffage en milieu décarburant et réducteur peut être réalisé par exemple dans une atmosphère -de CO/CO2 ou dans un gaz ammoniacal craqué ou encore par contact avec des produits décarburants.
Il .est à noter que si, contrairement à !l'in vention, on effectuait le chauffage dans la zone austénitique, il serait néanmoins possible d'obtenir la décarburation, mais au détriment des qualités du produit au point de vue malléabilité et propriétés magnétiques, par suite de la non-existence d'une structure à très gros grains.
D'ailleurs, les températures de surchauffe ne sont jamais recommandables en raison de la cherté de1'opération, mais le traitement à 100ü des aciers doux peut être envisagé, dans les cas où il n'est pas nécessaire de décarbu- rer complètement et où par contre une texture fine est souhaitée. Dans ce cas,
il n'est pas nécessaire de refroidir lentement et la vitesse de refroidissement peut être comparable à celle d'un refroidissement à l'air.
D'autre part, l'invention ne comprend pas le traitement de pièces d'une épaisseur plus grande que 2,5 mm, .la décarburation à coeur de ces pièces demandant trop !de temps.
Bien entendu, pour certaines applications, on, aura intérêt à partir de feuillards ou tôles en nuances d'aciers aussi -douces que possible, parmi les aciers habituellement Ilaminési. (En général C ,sera compris entre 0,05 et 0,1%.) Les produits sidérurgiques obtenus par le procédé de l'invention se distinguent :des, pro duits en fer électrolytique par les traces :
de carbone qu'ils renferment et qui ne peuvent pas être éliminées entièrement du fait que la ligne de transformation A-B-C (représen tant la limite de solubilité du carbure de fer dans le fer) ne coïncide pas avec l'ordonnée Carbone = 0 %, ainsi que les impuretés habi tuelles de l'acier que le procédé ne permet pas d'éliminer.
Ces produits présentent toutefois l'avan tage d'être obtenus par un procédé purement thermochimique et relativement économique, et de présenter les propriétés remarquables de malléabilité et les propriétés magnétiques du fer pur.
Ces propriétés permettent d'utiliser ce produit pour la confection de rondelles et joints d'étanchéité, en remplacement du cuivre et du laiton, de tubes à conditionner les pâtes en remplacement des tubes d'étain, et-G.- Au point de vue magnétique, la haute perméabilité et le faible hystér6sis de ce métal permettent -de nombreuses. applications dans les appareils, électriques à haute fré quence, les circuits magnétiques de moteurs,
génératrices, alternateurs, transformateurs, les noyaux de fer doux,de bobines, relais, etc.
Enfin, ce procédé permet le reclassement des aciers sous forme de tôles et feuillards, par correction de leur teneur en carbone.
Pour la mise en couvre ,du procédé, il n'est pas possible de fixer, d'une .manière systéma- tique, toutes les températures et dûiées de chauffage pour toutes les nuances d'aciers et toutes les épaisseurs de tôles et feuillards, r_:
ais les considérations générales qui précè dent et les exemples ci-après constitueront des directives générales et -des points de repère qui permettront, par quelques essais préala bles, de choisir des conditions opératoires optima.
En général d'ailleurs, on aura intérêt à maintenir la température entre 800 et 8'50 C, qui correspond approximativement aux limites de grossissement des grainss <I>Exemple I:</I> Fabrication -de rondelles et joints d'étan chéité pour culasses de moteurs., pompes, tur bines, bougies d'allumage, fabrication @d'em- badlages, tubes, etc.
Acier Martin effervescent. - La compo sition est de préférence la suivante: C @ 0,10 Mn # 0,80 Si / 0,03 S < \ 0;03 P / 0;02 L'acier Martin (ou électrique) donne tou jours les meilleurs résultats.
Cet acier doit subir un affinage, le meil leur possible. En particulier, il ne faut pas avoir, avant le traitement mentionné, de structure rubannée, -c'est-à-dire de trace nette de ségrégation pour le carbone, le soufre et le phosphore. - Au cas où la malléabilité ne devra pas être très élevée, on pourra prendre l'acier Thomas C0,10 Mn 0,5'0 Si 0;08 S < 0;
05 P 0,08 La valeur à donner initialement à l' crouissage est très importante et sera chaque fois un car d'espèce. Pour les ron delles, on prendra de 1 à 5 %, pour les tubes de 10 à 15%.
En règle générale, il sera toujours préfé rable de partir d'acier sous forme de tôles, plutôt que de feuillards, à cause de la pré sence de la perlite à l'état de transformation, plus facille à faire disparaître que la perlite globulaire (cas des feuillards).
Par conséquent, pour les feuillards, il est bon, avant .le traitement 'décrit ci-après, de les normaliser, c'est-à-dire @de recuire à 915'C pour obtenir la perlite à l'état,de transforma tion.
Ce recuit est exécuté en vase clos,. en atmosphère ordinaire, puis refroidissement rapide (c'est-à-dire avec une vitesse de re froidissement semblable à celle d'un refroi- dissement à l'air).
Le traitement de décarburation -est prati qué sous atmosphère spéciale à<B>850'</B> C pen dant une durée: .de 12 à 15 h. pour la tôle de
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de mm à
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de mm; de 6 h. pour la tfe de
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de ,mm à
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.de .m m;
de 4 h. pour une épaisseur -de
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de mm. On peut opérer en atmosphère décarbu- rante, CO/CO2 par exemple.
On procède ensuite à un refroidissement lent (5 par heure en caisse). Le défourne- ment est possible à partir dé 2010p C.
Les résultats obtenus. ont été pour l'acier Martin effervescent, en ce -qui concerne la teneur en carbone: C "' 0;02.
(Si on double ou triple le temps de séjour, on obtient C < 0,02, c'est-à-dire qu'on peut tendre vers la limite de solubilité du carbure de fer dans le Fer a, limite qui est voisine de O,C06i%.) Les propriétés mécaniques ont été les sui vantes, pour l'acier Martin effervescent:
Limite élastique: E - 8 à 12 kg/mma; Résistance à la traction: 11= 2@5 à 28 kg/mm', Allongement: A % = 17 à 22.
La dureté Rockwell B est passée de 50-40 à 8 ou 0 pour un acier Martin possé dant le minimum d'impuretés. Dans le cas général, on a, comme dureté Rockwell B, 8à15.
Pour l'acier Thomas, on obtient: E - 12, à 15 .B - 30 à 32 A - 110 à 15 Rockwell B - 20 à 30 Pour ,les joints et rondelles d'étanchéité, il est indispensable d'avoir une surface polie ou semi-polie. De plus, pour avoir des produits décapés, on peut employer un gaz à la fois décarburant et réducteur. Si ces mêmes pro duits doivent ultérieurement résister à la cor rosion, on peut les zinguer ou les phosphater.
Exemple <I>II:</I> Production d'aciers à haute perméabilité et faible hystérésis.
Le métal de base est de préférence l'acier Martin effervescent ayant ales mêmes spécifi- cations que ci-dessus.
Le traitement est 1.e même que précédem ment, mais pour toutes épaisseurs., particu lièrement pour des épaisseurs inférieures à
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on maintiendra la température pendant un temps suffisant pour tendre vers le mono- cristal. Les conditions de surface sont, dans ce cas, indifférentes.
On observera certaines précautions générales, pour éviter l'hystérésis (respecter le sens -de laminage, ne pas écrouir !es pièces après traitement).
Bien que le présent procédé trouve sa principale application pour -les aciers doux au carbone, il peut également être avantageuse ment appliqué pour certains aciers spéciaux comme les aciers au silicium pour tôles d'in duit et certains aciers inoxydables au chrome- nickel.
A process for the solid-state decarburization of steel parts and the resulting steel product. The invention comprises a process for solid state carburizing of steel parts, up to 2.5 mm thick, characterized in that the parts are first of all slightly hardened with a view to favored during the subsequent heat treatment, the production of very coarse grains,
and that they are heated in a decarburizing medium, to a temperature such that said parts are brought to the Iron P + austenite zone of the iron-carbon diagram, the temperature being tautefoie limited to that, corresponding to the formation of very large grains,
(for example a size corresponding to at least equal to 1 / .1 of grain per cm 'of image under the microscope under a magnification of 100, diameters), and the heat treatment being continued for a sufficient time to ensure the Lowering the carbon content to at most @ 0.02%, the parts eventually being subjected to slow cooling.
The invention -comprises in addition a steel product obtained by said process and characterized in that it is decarburized to the core, contains a proportion of carbon less than 0.02%, the usual impurities of, steel, Si, Mn, S, P, this product further exhibiting a low elastic limit, a very low hardness, a high magnetic permeability and a low hysteresis.
While it is relatively easy to decarburize very thin mild steel strips (of the order of 0.1 mm in particular) by heating in a fuel medium, it has hitherto been very difficult if not impossible to, to de-carburize sheets or strips up to 2.5 mm thick;
since decarburization is considered to have only superficial effects.
The decarburization according to the invention results from a gradual carbon depletion of the austenic phase, in the uni variant Iron, B -f- austenite system (see diagram shown in the appended drawing), the carbon absorption being produced by a medium exterior decarbonizing.
The temperature of the decarburization heat treatment is preferably constant throughout to keep the theoretical equilibrium of the univariate Iron P -i-austenite system stable.
The decarburization and absorption of carbon by the decarburizing medium are facilitated by the very large grain structure which decreases the passive resistances; during the diffusion of carbon from a solid grain y to the neighboring grain - of the same solution, impoverished by external action, of the decarburant environment.
This very large grain structure obtained during the heat treatment results from partial work hardening of the parts before heat treatment.
Work hardening will preferably be obtained by cold rolling, so that the length of the parts is increased to about 3 to 5, depending on the nature of the products to be obtained.
The decarburization heat treatment will be followed by tooth cooling, for example of the order of less. Than approximately M 'per hour and which is planned so that it further reduces the elastic limit - and the hardness, while by globulating impurities or undissolved constituents, which would be liable to cause hardening.
The higher the temperature of the de-carburization process, the faster the de-carburization. However, this temperature is chosen so as to remain below the line G-D of the iron-carbon diagram, so as not to cause, on cooling,
by changing from state y to state P, the transformation of coarse grains into fine grains, which would destroy the physical qualities (malleability and magnetic properties) sought.
The treatment temperature is preferably between 810 and $ 50, experience showing that in the Iron, B + austenite domain, the area of grain growth is, in most cases, within this range. Beyond 850 C, there is a tendency to multiply the baths.
For mild steels, it is advantageous to operate at a temperature of approximately 850 "C.
The heating temperature is naturally a function of the carbon content of the steel treated and should be even higher. weak as we approach the eutectoid, shown in the drawing by point D (carbon = 0.9%). The heating time, for its part, is a function of the quantity, carbon and the thickness of the part, this time being, for example,
6 hours for a 1 mm sheet and 12 to 15 hours for a 1.5 mm sheet.
The heating in a decarburizing and reducing medium can be carried out for example in an atmosphere of CO / CO2 or in a cracked ammoniacal gas or else by contact with decarburizing products.
It should be noted that if, contrary to the invention, heating was carried out in the austenitic zone, it would nevertheless be possible to obtain decarburization, but to the detriment of the qualities of the product from the point of view of malleability and magnetic properties. , due to the non-existence of a very coarse-grained structure.
Moreover, overheating temperatures are never advisable because of the high cost of the operation, but the 100ü treatment of mild steels can be considered, in cases where it is not necessary to completely decarburize and where on the other hand, a fine texture is desired. In that case,
slow cooling is not necessary and the cooling rate can be compared to that of air cooling.
On the other hand, the invention does not include the treatment of parts with a thickness greater than 2.5 mm, the decarburization to the heart of these parts requiring too much time!
Of course, for certain applications, it will be advantageous to start from strips or sheets of steel grades as soft as possible, from among the usually Ilaminési steels. (In general C, will be between 0.05 and 0.1%.) The iron and steel products obtained by the process of the invention are distinguished: electrolytic iron products by the traces:
of carbon which they contain and which cannot be eliminated entirely because the transformation line ABC (representing the limit of solubility of iron carbide in iron) does not coincide with the ordinate Carbon = 0%, thus than the usual impurities of the steel which the process does not allow to remove.
However, these products have the advantage of being obtained by a purely thermochemical and relatively economical process, and of exhibiting the remarkable properties of malleability and the magnetic properties of pure iron.
These properties allow this product to be used for making washers and gaskets, replacing copper and brass, tubes for conditioning pastes in replacement of tin tubes, and -G. magnetic, the high permeability and the low hysteresis of this metal allow -many. applications in high frequency electrical devices, magnetic motor circuits,
generators, alternators, transformers, soft iron cores, coils, relays, etc.
Finally, this process allows the reclassification of steels in the form of sheets and strips, by correcting their carbon content.
For the setting of covers, of the process, it is not possible to fix, in a systematic way, all the temperatures and heating times for all the grades of steel and all the thicknesses of sheets and strips, r_:
But the general considerations which precede and the examples which follow will constitute general guidelines and points of reference which will make it possible, by some preliminary trials, to choose optimum operating conditions.
In general, moreover, it will be advantageous to maintain the temperature between 800 and 8'50 C, which corresponds approximately to the grain enlargement limits <I> Example I: </I> Manufacture of washers and gaskets for cylinder heads, pumps, turbines, spark plugs, manufacture @ of embellishments, tubes, etc.
Effervescent Martin steel. - The composition is preferably as follows: C @ 0.10 Mn # 0.80 Si / 0.03 S <\ 0; 03 P / 0; 02 Martin steel (or electric) always gives the best results .
This steel must undergo refining, as best they can. In particular, before the treatment mentioned, it is not necessary to have a banded structure, that is to say a clear trace of segregation for carbon, sulfur and phosphorus. - If the malleability should not be very high, Thomas steel C0.10 Mn 0.5'0 Si 0; 08 S <0;
05 P 0.08 The value to be given initially to the roughening is very important and will each time be a cash value. For the ron delles, we will take from 1 to 5%, for the tubes from 10 to 15%.
As a general rule, it will always be preferable to start with steel in the form of sheets, rather than strips, because of the presence of perlite in the processed state, which is easier to remove than globular perlite ( case of straps).
Therefore, for the strips, it is good, before the treatment 'described below, to standardize them, that is to say @ to anneal at 915 ° C to obtain the perlite in the state of transforma tion.
This annealing is carried out in a vacuum. in an ordinary atmosphere, then rapid cooling (ie with a cooling rate similar to that of air cooling).
The decarburization treatment is carried out under a special atmosphere at <B> 850 '</B> C for a period of:. From 12 to 15 h. for sheet metal
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from mm to
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of mm; from 6 h. for the tfe of
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from, mm to
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.de .m m;
from 4 h. for a thickness of
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of mm. It is possible to operate in a decarburizing atmosphere, CO / CO2 for example.
Slow cooling is then carried out (5 per hour in the box). Unloading is possible from 2010p C.
The obtained results. were for effervescent Martin steel, as regards the carbon content: C "'0; 02.
(If we double or triple the residence time, we obtain C <0.02, that is to say that we can tend towards the limit of solubility of iron carbide in iron a, limit which is close to O, C06i%.) The mechanical properties were as follows, for effervescent Martin steel:
Yield strength: E - 8 to 12 kg / mma; Tensile strength: 11 = 2 @ 5 to 28 kg / mm ', Elongation: A% = 17 to 22.
The Rockwell B hardness has been reduced from 50-40 to 8 or 0 for a Martin steel with minimal impurities. In the general case, we have, as Rockwell B hardness, 8 to 15.
For Thomas steel, we obtain: E - 12, to 15 .B - 30 to 32 A - 110 to 15 Rockwell B - 20 to 30 For the seals and sealing washers, it is essential to have a surface polished or semi-polished. In addition, in order to have pickled products, it is possible to use a gas which is both decarbelling and reducing. If these same products must subsequently resist corrosion, they can be galvanized or phosphated.
Example <I> II: </I> Production of steels with high permeability and low hysteresis.
The base metal is preferably effervescent Martin steel having the same specifications as above.
The treatment is the same as above, but for all thicknesses, particularly for thicknesses less than
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the temperature will be maintained for a time sufficient to tend towards the monocrystal. The surface conditions are, in this case, indifferent.
Certain general precautions will be observed to avoid hysteresis (respect the direction of rolling, do not work hardening the parts after treatment).
Although the present process finds its main application for mild carbon steels, it can also be advantageously applied for certain special steels such as silicon steel for sheet metals and certain chromium-nickel stainless steels.