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
EMI0003.0103
de mm à
EMI0003.0104
de mm; de 6 h. pour la tfe de
EMI0003.0106
de ,mm à
EMI0003.0108
.de .m m;
de 4 h. pour une épaisseur -de
EMI0003.0111
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.