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Perfectionnements au traitement thermique de l'acier,.
La présente invention concerne le traitement thermique ae l'acier et se rapporte particulièrement au traitement d'alliages d'acier tels que les aciers à outils par exemple.
L'acier et les objets en acier fabriqués actuellement présentent fréquemment des défauts par suite d'une répartition non uniforme du carbone dans la masse, ce qui donne une zone extérieure d'acier décarbure, une zone centrale intérieure de nature perlitique, et une zone intermédiaire d'acier à forte teneur en carbone. Cette hétérogénéité zônique de la structure est généralement accompagnée d'un état d'instabilité interne et on a trouvé, dans le cas de pièces d'acier laminées telles que les rails, qu'elle est la cause principale des in-
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convénients habituellement rencontrés et consistant en une ondulation et une usure excessives en service.
Un autre in- convénient fréquemment associé à la présence de cette subdi- vision de la structure en zones, est la tendance à la défor- mation de la pièce d'acier par suite d'efforts et de tensions internes.
Les défauts indiqués ci-dessus peuvent se produire pen- dant n'importe quel traitement thermique de l'acier après la production de celui-ci par exemple dans le cas d'un lingot, d'une billette ou d'une pièce analogue, le défaut peut se produire dans la fosse ou dans le four à réchauffer si l'acier est soumis à un moment quelconque à un réchauffage.
En réali- té, dans les conditions actuellement courantes dans l'industrie, pratiquement tout traitement thermique auquel l'acier ou un objet d'acier est soumis a pour résultat la répartition iné- gale indiquée du carbone et par conséquent une hétérogénéité zôniqua de la structure avec ses effets nuisibles sur la fa-
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jon dont l'acier se comporte à l'usage.
Les inventeurs ont découvert que si l'atmosphère envi- ronnant l'acier pendant le traitement thermique de celui-ci
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est une at1iosnhèra qui a été codifiée par l'action d iü:. réactifs, savoir um oxyde alcd.li.üo-t8rreux tel que la. ÛL1i.<:C, et une matière carbonée telle qu'un mélange carburant ';puis;
contenant une proportion de carbone libre et un constituant incombustible produisant un effet d'amortissement sur la réac- tion, l'acier n'est pas décarburé par Le traitemetn thrique et la répartition zônique non uniforme du carbone dans la masse ne se produit pas, ou bien si ces défauts se produisent, c'est seulement dans une mesure -fortement réduite en comparai- Son du traitement thermique dans une atmosphère noramle, Ci est-
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à-dire dans une atmosphère non modifiée telle que celle qui serait obtenue sans l'emploi de réactifs Modificateurs,
par exemple, dans le cas d'un traitement au four, l'atmosphère régnant ordinairement dans ce four.
On a donc trouvé que si,dans le cas du traitement thermi- que d'un lingot d'acier dans une fosse par exemple, ce trai- tement thermique est effectue en présence d'un mélange de deux réactifs modificateurs du genre indiqué, une quantité appropriée de ce mélange étant introduite dans le four et maintenue dans celui-ci pendant le traitement, le lingot n'est pas décarburé ni sa structure rendue non uniforme pour ce qui concerne la répartition du carbone, on a trouvé en outre que dans ces conditions, on peut laisser le lingot, la billette ou tout autre' objet analogue dans la fosse à réchauffer ou dans tout autre four pendant un temps pratiquement indéfini, en tous cas pendant une période beaucoup plus longue que jus- qu'à présent, sans constater l'effet nuisible du surchauffage sur l'acier.
Un autre inconvénient fréquemment, si -pas invariablement, associé au traitement thermique de l'acier tel qu'il est con- duit actuellement, est la formation considérable d'écailles sur la surface de l'acier ou de l'objet d'acier, ce qui est dû naturellement à l'oxydation par l'atmosphère ambiante pen- dant le traitement thermique. On a trouvé que cet inconvénient, tout comme ceux indiqués ci-dessus, est supprimé en, grande partie si pas entièrement et que l'acier ou l'objet d'acier traita thermiquement dans les conditions caractéristiques de la présente invention est sensiblement exempt d'oxydation.
On a mentionné ci-dessus le traitement thermique de D'acier dans une fosse à réchauffer. Le nouvel effet peut @
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s'obtenir toutefois avec n'importe quel traitement thermique et 11 n'est pas limita au traitement thermique à l'intérieur -l'une chambre de chauffage telle qu'un four.
Par exemple, dans le cas de la fabrication de rails d'acier au cours de laquelle le rail terminé est ordinairement transporte du la- minoir au refroidissoir après la dernière opération de lami- nage pour s'y refroidir, on peut obtenir une homogénéité cou- plète de la structure et éviter la décarouration et l'oxyda- tion en enfouissant le rail chaud dans un mélange des deux réactifs modificateurs indiqués ci-dessus.
Ainsi qu'il ressort de ce qui précède, l'expression "atmosphère normale" telle qu'elle est employée ci-dessus désigne l'atmosphère qui entoure ordinairement un objet d'a- cier dans n'importe lequel des procédés employés normalement pour le traitement thermique de l'acier par contact direct avec des gaz de four chauds, et elle n'est pas limitée a l'atmosphère d'une fosse à réchauffer, d'un four à récanauffer et d'appareils équivalents.
En outre il Importe peu que le traitement thermique soit un traitement impliquant une élévation ou un abaissement de la température de l'acier.
Suivant la présente invention, un procédé de traitement thermique de l'acier dans lequel l'acier est chauffé par con- tact direct avec des gaz de four est caractérisé en ce qu'il est réalisé dans une atmosphère de gaz de four modifiée par contact à la fois avec un oxyde alcalino-terreux et une ma- tière carbonée n'exerçant sensiblement aucune action carburan- te sur l'acier.
Le traitement thermique peut avantageusement être réali- sé en présence d'un mélange de l'oxyde alcalino-terreux et de la matière carbonée.
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Suivant une autre caractéristique, la matière carbonée peut consister en carbone libre associé à une.matière incombus- tible en proportion suffisante pour rendre la matière carbonée sensiblement non carburante pour l'acier, elle peut consister par exemple en un mélange carburant épuisé ou en cendres de gazogène.
Les réactifs modificateurs peuvent être introduits dans le four de façon que l'acier soit chauffé en leur présence, et que la modification de l'atmosphère du four se fasse sur place dans le four:
On a trouvé également que pour obtenir les meilleurs ré- sultats, l'oxyde alcalino-terreux doit être employé en propor- tion définie par rapport à la matière modificatrice carbonée et qu'il y a aussi un minimum admissible du pourcentage de carbone. On a trouvé par exemple qu'il est désirable d'employer une quantité d'oxyde alcalino-terreux égale à au moins 10 % en poids des quantités combinées d'oxyde et de matière carbo- née, et que la quantité de carbone libre contenue dans cette matière doit être au moins égale à 4 % du poids combiné des deux matières modificatrices.
La quantité d'oxyde employée doit être comprise de préférence entre 10 % et 50 % en poids des quantités combinées des deux matières modificatrices de la quantité de carbone libre doit être comprise entre 4 % et 20 %.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, des deux réactifs modificateurs utilisés pour le -procédé, l'oxyde alcalino-terreux est employé en quantité égale à au moins 10 % en poids des quantités combinées d'oxyde alcalino-terreux et de matière carbonée et la quantité de carbone libre contenue dans cette dernière équivaut à au moins 4 % du poids combiné des deux modificateurs. De préférence la quantité de chaux employée est comprise entre 1.0 et 50 % en poids des quantités combinées des deux réactifs et la teneur en carbone libre de
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la matière carbonée est comprise entre 4 et 20 % en poids de la somme des deux réactifs.
On a trouvé aussi par expérience que les nouveaux effets caractéristiques de l'invention peuvent être favorisés en réa- lisant le traitement thermique de l'acier dans une atmosphère de four modifiée, comme on l'a indiqué, et en présence d'une matière, telle que par exemple des déchets de tôle d'acier (notamment des déchets de fer blanc), des bobines ou spirales de fil d'acier, de la mitraille d'acier de n'importe quelle nature, par exemple des tournures, de la limaille des copeaux de fraisage, des déchets d'atelier, etc., qui soit facilement oxydable, ne produise aucune réaction nuisible sur l'acier en traitement à la température employée, et ait une forme telle qu'elle présente à 1''atmosphère environnante une surface oxy- dable de grande dimension relativement à sa masse.
Le degré de décarburation et de formation d'écaillés semble être appro- ximativement proportionnel à la surface de métal exposée. En conséquence, une fausse augmentation de la surface telle qu'el- le résulte de la présence de matière du type indiqué ci-dessus réduit le degré d'oxydation possible de l'acier par unité de surface, et par conséquent aussi, dans une mesure correspon- dante, l'étendue de la décarburation.
Suivant une autrecaractéristique de l'invention, l'acier est donc soumis au traitement thermique dans une atmosphère modifiée comme on l'a indiqué, en présence d'une matière telle que celle mentionnée plus haut par exemple, qui est facilement oxydable, n'exerce pas de réaction nuisible sur l'acier en . traitement à la température employée et possède une forme lui permettant de présenter à l'atmosphère environnante une sur- face oxydable de grande dimension relativement a sa masse.
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Les quantités de- copeaux d'acier, déchets de tôle d'acier, de bobines ou spirales de fil d'acier, etc,, de chaux ou autre oxyde alcalino-terreux et de mélange carburant épuisé ou autre matière carbonée à employer dépendront, comme on -pourra le remarquer, des circonstances dans chaque cas donné. On trouve par exemple que les quantités varient avec le genre d'acier traité c'est-à-dire avec l'analyse de l'acier, particulière- ment pour ce qui concerne la possibilité d'oxydation, le poids d'acier dans un four quelconque, la surface de l'acier exposée aux gaz relativement au volume de gaz envoyés dans le four, la forme du four et finalement la composition chimique réelle des gaz de four eux-mêmes.
Comme on l'observera, tous ces facteurs sont des facteurs variables et, comme ils ont tous une importance au point de vue des quantités réelles de dé- chets d'acier ou de matières équivalentes à employer dans chaque cas donné, on comprendra immédiatement qu'il est pra- tiquement impossible de stipuler une règle régissant les quantités de matière à employer. En pratique, c'est une chose simple pour un ouvrier conduisant l'opération que de déter- miner par le jugement ou par des essais et des réglages, les quantités appropriées à utiliser. Il y a de plus certaines indications, telles que l'aspect de la flamme sortant du four et l'aspect général de celui-ci, qui guideront l'opéra- teur pour déterminer si l'on emploie une quantité suffisante des réactifs modificateurs.
L'emploi des réactifs modifica- teurs implique la présence dans le four d'une atmosphère réductrice et, d'une manière générale, l'aspect du four indi- quera aisément si la quantité de réactifsmodificateurs uti- lisée est Suffisante.
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On a cité cornue exemple type de réactif modificateur car- boné dont l'emploi est envisagé suivant la présente invention, un mélange carburant épuisé. On entend par là un mélange carburant composé par exemple de trois parties de charbon de bouleau pulvérisé, deux parties de charbon de corne pulvérisé et deux parties de noir animal pulvérisé, qui a été employé jusqu'à ce qu'il ne puisse plus servir à la carburation. La matière carbonée peut être une matière autre qu'un mélange carburant épuisé. Elle peut par exemple être constituée par des cendrées de chaudière ou des cendres de gazogène contenant encore une proportion convenable (par exemple de 5 à 15 %) de carbone combustible.
On a constaté que le traitement thermique spécial faisant l'objet de la présente invention peut être employé non seule- ment en vue d'éviter au cours de la fabrication d'un objet d'acier les défauts de structure déjà indiqués ci-dessus, mais aussi pour éliminer ces défauts après la fabrication, on a trouvé que si de l'acier ou un objet d'acier, présentant les défauts indiqués à cause de la décarburation et de l'hé- térogénéité zônique de sa structure, est traité à chaud en passant de préférence par une série de températures embrassant les points de changement de l'acier, dans une atmosphère mo- difiée conformément à la présente invention, ces défauts sont considérablement si pas entièrement éliminés, la structure étant rendue uniforme dans toute la masse, pour ce qui con- cerne la répartition du carbone,
et la teneur en carbone de l'acier étant ramenée à la valeur qu'elle aurait dû avoir s'il n'y avait pas eu de décarburation lors du traitement thermique antérieur auquel l'acier a été soumis.
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L'invention est susceptible de vastes applications et peut en outre subir des modifications étendues en ce qui con- cerne les proportions, les températures et d'autres conditions d'application.
On trouvera ci-dessous un exemple détaillé montrant l'in- vention appliquée à la fabrication des billettes d'acier pour des applications variées.
Suivant la pratique normale en usage jusqu'à présent dans les ateliers, le lingot d'acier est démoulé et chauffé dans des fosses à réchauffer avant le laminage. La durée du chauf- fage dans ces fosses varie de six à dix heurs suivant les exigences du travail. A la fin de cette période, le lingot est envoyé aux trains de dégrossissage et de laminage jusqu'à ce que la section requise ait été obtenue, puis il est envoyé aux cisailles à chaud où on découpe les chutes au dessus et en dessous, et finalement au magasin.
Pour réaliser le procédé suivant la présente invention, on peut procéder comme suit.
On prépare un mélange consistant en l partie en poids de chaux et en 8 parties en poids de cendrée de chaudière conte- nant environ 10 % de carbone combustible. On'laisse sécher ce mélange pendant deux jours avant de s'en servir. Aucune mesure particulière n'est prise pour réduire les particules de ce mélange à une grosseur définie quelconque.
Le mélange est 'répandu sur une épaisseur de 15= cm. sur la sole du four avant l'allumage de ce dernier. Au-dessus du lit ainsi formé, on répand des tournures d'acier sur une nou- velle épaisseur de 5 cm. Lors du chargement de chaque lingot, on jette sur celui-ci quatre pelletées du mélange en même temps @
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que deux pelletiées de tournures. On place en outre une certaine quotité de matière sur le bord des lumières d'en- trée de gaz, de faon que les gaz entrant doivent passer à travers le petit tas de matière laissé au bout des lumières.
Après chauffage dans ces conditions, le lingot est trait i de la manière normale, c'est-à-dire envoya dans les trains de dégrossissage et de laminage, puis les chutes sont coupées à chaque extrémité et la pièce terminée est envoyée au maga sin.
La perte de poids approximative entre le métal chargé dans les fosses et les billettes terminées, y compris les chutes, était avant 1 application du présent procédé d'envi- ron 4 % en poids. Les chiffres donnés ci-dessous se rapportent à des lingots pris dans une charge traitée suivant la présente invention.
Acier b-teneur moyenne en carbone.
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<tb>
Etat <SEP> du <SEP> Temps <SEP> passé <SEP> Poids <SEP> Poids <SEP> après, <SEP> lamingae. <SEP> Pertes. <SEP> JRemar-
<tb>
<tb>
<tb> Lingot <SEP> dans <SEP> les <SEP> fos- <SEP> chargé <SEP> ques
<tb>
<tb> chargé <SEP> ses <SEP> en <SEP> heures <SEP> (Kgs. <SEP> ) <SEP> Billettes <SEP> Chutes <SEP> Total <SEP> En <SEP> Kgs.En <SEP> %
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Froid <SEP> 6,30 <SEP> 1821 <SEP> 1615 <SEP> 195 <SEP> 1810 <SEP> 11 <SEP> 0,59) <SEP> )Billet-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chaud <SEP> 10,20 <SEP> 1417 <SEP> 1312 <SEP> 97 <SEP> 1409 <SEP> 8 <SEP> 0,565)tes <SEP> de
<tb>
<tb> ) <SEP> 150
<tb>
<tb> Chaud <SEP> 10,0 <SEP> 1400 <SEP> 1310 <SEP> 90 <SEP> 1400 <SEP> 0,0 <SEP> 0,0 <SEP> ) <SEP> m/m
<tb>
En outre, l'acier ainsi traité présente moins de défauts imputables au lingot et il est en général de meilleure qualité.
Suivant un autre exemple d'application de l'invention, on peut procéder comme suit pour durcir des limes d'acier.
Auparavant on traitait les limes dans un four à moufle chauffé au gaz. A la fin du traitement ces limes étaient for- tement écaillées et présentaient en outre des zônes locales de décarburation. En procédant suivant le présent procédé, on
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traite les limes dans le même moufle chauffé qu gaz, exacte- ment dans les mêmes conditions, mais en présence d'un mélange de 2 parties de chaux et de 3 parties d'une matière carburan- te épuisée contenant environ 15 % de carbone libre lors de son introduction dans le four, ce mélange étant placé dans le moufle en une couche d'environ 15. cms. d'épaisseur sur le fond du moufle et les limes étant placées sur ce lit.
A la fin de l'opération de durcissement, les limes enlevées sont convena- blement durcies, exemptes d'éaailles et d'endroits doux, c'est- à-dire de surfaces de décarburation.
De même on peut traiter de l'acier à outil à chaud dans un four électrique dans le but de le durcir, en modifiant l'atmosphère du four suivant la présente invention ou en ne la modifiant pas. Dans ce dernier cas, c'est-à-dire en trai- tant l'acier à outils de la manière ordinaire, on obtient une oxydation considérable et une décarburation locale de l'acier.
Le même traitement répété sur une autre charge du même acier en présence d'un mélange de chaux et de cendrée de chaudière, ce dernier constituant contenant environ 15,6 % de carbone combustible et les deux constituants étant présents approxi- mativement dans les proportions relatives de 40 à 60, a pour résultat un durcissement convenable de l'acier avec suppres- sion complète de la formation d'écailles et de la décarbura- tion de l'acier.
On dispose le mélange indiqué de chaux et de cendrées de chaudière en une couche d'environ 10 cm. d'épais- seur sur le fond du four et après avoir placé l'acier dans le four, on introduit une nouvelle charge du mélange sans la tasser autour de l'acier dans l'espace entre l'acier et les parois du four= Outre le mélange de chaux et de cendrée de chaudière, on introduit dans le four une certaine quantité de tournures d'acier. Ces dernières sont mélangées à la couche du mélange de chaux et de cendrées de chaudière sur la sole du
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four et des spirales d'acier suspendues aux .cotés et à la voûte du four occupant l'espace autour et au dessus de la charge d'acier traitée.
Les spirales sont suspendues à des intervalles d'environ 10 cm. en travers de la voûte du four.
On introduit en outre de temps en temps des déchets d'acier dans le four pendant le traitement.
L'invention s'est montréeparticulièrement avantageuse pour le traitement à chaud de plaques de blindage, par exem- ple en vue de durcir ces plaques et d'augmenter leur résistan- ce.
Comme on l'a indiqué précédemment, l'invention est appli- cable au traitement thermique dans n'importe quel genre de four,que ce soit un four électrique, un four à gaz ou un four à réverbère.
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Improvements in the heat treatment of steel ,.
The present invention relates to the heat treatment of steel and relates particularly to the treatment of steel alloys such as tool steels for example.
Steel and articles of steel today fabricated frequently exhibit defects as a result of non-uniform distribution of carbon in the mass, resulting in an outer zone of decarbonized steel, an inner central zone of a pearlitic nature, and a zone high carbon steel intermediate. This zonic heterogeneity of the structure is usually accompanied by a state of internal instability and it has been found, in the case of rolled steel parts such as rails, to be the main cause of instability.
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Conveniences usually encountered and consisting of excessive ripple and wear in service.
Another drawback frequently associated with the presence of this subdivision of the structure into zones is the tendency for the steel part to deform as a result of internal stresses and strains.
The defects indicated above can occur during any heat treatment of the steel after the production thereof, for example in the case of an ingot, a billet or the like, the defect may occur in the pit or in the reheating furnace if the steel is subjected to reheating at any time.
In fact, under present-day industrial conditions, virtually any heat treatment to which steel or a steel object is subjected results in the indicated uneven distribution of carbon and hence in zonic heterogeneity of the carbon. structure with its detrimental effects on the fa-
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jon whose steel behaves in use.
The inventors have discovered that if the atmosphere surrounding the steel during the heat treatment of the latter
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is an at1iosnhera which has been codified by the action of iü :. reactants, namely an alkd.li.üo-t8rreux oxide such as. ÛL1i. <: C, and a carbonaceous material such as a fuel mixture; then;
containing a proportion of free carbon and an incombustible constituent producing a damping effect on the reaction, the steel is not decarburized by the thermal treatment and the non-uniform zonic distribution of carbon in the mass does not occur, or if these defects do occur, it is only to a greatly reduced extent compared to heat treatment in a normal atmosphere, Ci is-
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i.e. in an unmodified atmosphere such as that which would be obtained without the use of modifying reagents,
for example, in the case of an oven treatment, the atmosphere ordinarily prevailing in this oven.
It has therefore been found that if, in the case of the heat treatment of a steel ingot in a pit, for example, this heat treatment is carried out in the presence of a mixture of two modifying reagents of the type indicated, a appropriate amount of this mixture being introduced into the furnace and maintained in it during the treatment, the ingot is not decarburized nor its structure made non-uniform with regard to the distribution of carbon, it was further found that in these conditions, the ingot, the billet or any other similar object can be left in the pit to be heated or in any other furnace for a practically indefinite time, in any case for a much longer period than hitherto, without see the detrimental effect of overheating on steel.
Another drawback frequently, if not invariably, associated with the heat treatment of steel as it is presently carried out is the considerable formation of scales on the surface of the steel or the steel object. , which is naturally due to oxidation by the ambient atmosphere during the heat treatment. It has been found that this disadvantage, like those indicated above, is largely if not entirely eliminated and that the steel or steel article heat treated under the characteristic conditions of the present invention is substantially free of 'oxidation.
The above mentioned heat treatment of steel in a heating pit. The new effect can @
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can be obtained with any heat treatment, however, and is not limited to heat treatment inside a heating chamber such as an oven.
For example, in the case of the manufacture of steel rails in which the finished rail is ordinarily transported from the la- minator to the cooler after the last rolling operation for cooling there, a uniformity can be achieved. - complete the structure and avoid discarouration and oxidation by burying the hot rail in a mixture of the two modifying reagents indicated above.
As is apparent from the foregoing, the term "normal atmosphere" as used above refers to the atmosphere which ordinarily surrounds an article of steel in any of the processes normally employed for the heat treatment of steel by direct contact with hot furnace gases, and it is not limited to the atmosphere of a pit to be reheated, of a recanauffer furnace and equivalent apparatus.
In addition, it matters little whether the heat treatment is a treatment involving raising or lowering the temperature of the steel.
According to the present invention, a method of heat treatment of steel in which the steel is heated by direct contact with furnace gases is characterized in that it is carried out in a contact modified furnace gas atmosphere. both with an alkaline earth oxide and a carbonaceous material having substantially no carburizing action on the steel.
The heat treatment can advantageously be carried out in the presence of a mixture of the alkaline earth oxide and the carbonaceous material.
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According to another characteristic, the carbonaceous material may consist of free carbon associated with an incombustible material in sufficient proportion to make the carbonaceous material substantially non-combustible for steel, it may consist for example of a spent fuel mixture or of ash. gasifier.
The modifying reagents can be introduced into the furnace so that the steel is heated in their presence, and the modification of the furnace atmosphere takes place in the furnace:
It has also been found that for best results the alkaline earth oxide should be employed in a defined proportion to the carbon modifying material and that there is also a minimum allowable percent carbon. It has been found, for example, that it is desirable to employ an amount of alkaline earth oxide equal to at least 10% by weight of the combined amounts of oxide and carbonaceous material, and that the amount of free carbon contained in this material must be at least equal to 4% of the combined weight of the two modifier materials.
The amount of oxide employed should preferably be between 10% and 50% by weight of the combined amounts of the two modifier materials; the amount of free carbon should be between 4% and 20%.
According to other characteristics of the invention, of the two modifying reagents used for the -process, the alkaline earth oxide is employed in an amount equal to at least 10% by weight of the combined amounts of alkaline earth oxide and of material. carbonaceous and the amount of free carbon contained therein is at least 4% of the combined weight of the two modifiers. Preferably, the amount of lime used is between 1.0 and 50% by weight of the combined amounts of the two reactants and the free carbon content of
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the carbonaceous material is between 4 and 20% by weight of the sum of the two reactants.
It has also been found by experience that the new characteristic effects of the invention can be promoted by carrying out the heat treatment of the steel in a modified furnace atmosphere, as indicated, and in the presence of a material. , such as, for example, scrap steel sheet (especially scrap tinplate), coils or spirals of steel wire, steel scrap of any kind, for example turnings, the filings of milling chips, workshop scraps, etc., which is easily oxidizable, does not produce any harmful reaction on the steel under treatment at the temperature employed, and has a shape such as to present at 1 '' surrounding atmosphere an oxidizable surface of large dimension relative to its mass.
The degree of decarburization and scale formation appears to be approximately proportional to the metal surface exposed. Consequently, a false increase in area as it results from the presence of material of the type indicated above reduces the possible degree of oxidation of the steel per unit area, and therefore also in a corresponding measure, the extent of decarburization.
According to another characteristic of the invention, the steel is therefore subjected to the heat treatment in a modified atmosphere as indicated, in the presence of a material such as that mentioned above for example, which is easily oxidizable, n ' exerts no harmful reaction on the steel. treatment at the temperature employed and has a shape allowing it to present to the surrounding atmosphere an oxidizable surface of large size relative to its mass.
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The quantities of steel shavings, scrap steel sheet, coils or spirals of steel wire, etc., of lime or other alkaline earth oxide and spent fuel mixture or other carbonaceous material to be employed will depend on, as will be noted, the circumstances in each given case. We find, for example, that the quantities vary with the kind of steel treated, i.e. with the analysis of the steel, particularly with regard to the possibility of oxidation, the weight of steel in any furnace, the area of the steel exposed to the gases relative to the volume of gas supplied to the furnace, the shape of the furnace and ultimately the actual chemical composition of the furnace gases themselves.
As will be seen, all these factors are variable factors and, as they are all important from the point of view of the actual quantities of scrap steel or equivalent material to be employed in any given case, it will be readily understood that it is practically impossible to stipulate a rule governing the quantities of material to be used. In practice, it is a simple matter for a worker carrying out the operation to determine by judgment or by trials and adjustments the appropriate quantities to use. In addition, there are certain indications, such as the appearance of the flame coming out of the oven and the general appearance of the oven, which will guide the operator in determining whether a sufficient quantity of the modifying reagents is employed.
The use of modifying reagents involves the presence in the furnace of a reducing atmosphere and, in general, the appearance of the furnace will readily indicate whether the quantity of modifying reagents used is sufficient.
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A typical example of a carbon modifying reagent the use of which is contemplated according to the present invention was cited, a spent fuel mixture. This is understood to mean a fuel mixture composed, for example, of three parts of powdered birch charcoal, two parts of pulverized horn charcoal and two parts of pulverized animal black, which has been used until it can no longer be used for carburetion. The carbonaceous material can be any material other than a spent fuel mixture. It may for example consist of boiler ash or gasifier ash still containing a suitable proportion (for example 5 to 15%) of combustible carbon.
It has been found that the special heat treatment forming the subject of the present invention can be employed not only with a view to avoiding during the manufacture of a steel article the structural defects already indicated above, but also to eliminate these defects after manufacture, it has been found that if steel or a steel object, exhibiting the indicated defects due to decarburization and zonic heterogeneity of its structure, is treated with hot, preferably passing through a series of temperatures embracing the change points of the steel, in an atmosphere modified in accordance with the present invention, these defects are considerably if not entirely eliminated, the structure being made uniform throughout the mass , as regards the distribution of carbon,
and the carbon content of the steel being reduced to the value it should have had if there had been no decarburization during the previous heat treatment to which the steel was subjected.
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The invention is susceptible of wide applications and furthermore may undergo wide modifications as to proportions, temperatures and other conditions of application.
Below is a detailed example showing the invention applied to the manufacture of steel billets for various applications.
Following the normal practice in use hitherto in workshops, the steel ingot is demolded and heated in pits to be reheated before rolling. The heating time in these pits varies from six to ten hours, depending on the demands of the work. At the end of this period, the ingot is sent to the roughing and rolling trains until the required section has been obtained, then it is sent to the hot shears where the offcuts are cut above and below, and finally to the store.
To carry out the process according to the present invention, one can proceed as follows.
A mixture consisting of 1 part by weight of lime and 8 parts by weight of boiler ash containing about 10% combustible carbon is prepared. This mixture is allowed to dry for two days before using it. No special measures are taken to reduce the particles of this mixture to any defined size.
The mixture is spread over a thickness of 15 = cm. on the oven floor before lighting it. On top of the bed thus formed, steel turnings are spread to a further thickness of 5 cm. When loading each ingot, four shovelfuls of the mixture are thrown on it at the same time @
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only two shovels of turns. In addition, a certain amount of material is placed on the edge of the gas inlet ports, so that the incoming gases must pass through the small pile of material left at the end of the ports.
After heating under these conditions, the ingot is processed in the normal way, i.e. sent to the roughing and rolling trains, then the scraps are cut at each end and the finished part is sent to the store. .
The approximate weight loss between the metal loaded into the pits and the finished billets, including the offcuts, was prior to application of the present process about 4% by weight. The figures given below relate to ingots taken in a load treated according to the present invention.
B-medium carbon steel.
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<tb>
State <SEP> of <SEP> Time <SEP> passed <SEP> Weight <SEP> Weight <SEP> after, <SEP> lamingae. <SEP> Losses. <SEP> JRemar-
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In addition, the steel thus treated exhibits fewer defects attributable to the ingot and is generally of better quality.
According to another example of application of the invention, one can proceed as follows to harden steel files.
Previously, limes were processed in a gas-heated muffle furnace. At the end of the treatment these files were severely chipped and also showed local areas of decarburization. By proceeding according to the present method, we
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treats the limes in the same heated muffle as gas, under exactly the same conditions, but in the presence of a mixture of 2 parts lime and 3 parts of spent fuel material containing about 15% free carbon when it is introduced into the oven, this mixture being placed in the muffle in a layer of about 15 cms. thick on the bottom of the muffle and the files being placed on this bed.
At the end of the hardening operation, the files removed are suitably hardened, free of scales and soft spots, ie decarburizing surfaces.
Likewise, hot tool steel can be treated in an electric furnace for the purpose of hardening it, by modifying the atmosphere of the furnace according to the present invention or by not modifying it. In the latter case, that is, by treating the tool steel in the ordinary way, considerable oxidation and local decarburization of the steel is obtained.
The same treatment repeated on another load of the same steel in the presence of a mixture of lime and boiler ash, the latter component containing about 15.6% combustible carbon and the two components being present in approximately the relative proportions 40 to 60 results in proper hardening of the steel with complete suppression of scale formation and decarburization of the steel.
The indicated mixture of lime and boiler ash is placed in a layer of about 10 cm. thick on the bottom of the furnace and after placing the steel in the furnace, introduce a new charge of the mixture without packing it around the steel in the space between the steel and the walls of the furnace = Besides the mixture of lime and boiler ash, a certain quantity of steel turnings is introduced into the furnace. These are mixed with the layer of the mixture of lime and boiler ash on the floor of the
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furnace and steel spirals suspended from the sides and roof of the furnace occupying the space around and above the treated steel load.
The spirals are suspended at intervals of about 10 cm. across the vault of the oven.
In addition, scrap steel is occasionally introduced into the furnace during processing.
The invention has been found to be particularly advantageous for the heat treatment of armor plates, for example with a view to hardening these plates and increasing their strength.
As indicated above, the invention is applicable to heat treatment in any kind of furnace, whether it is an electric furnace, a gas furnace or a reverberation furnace.