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"ACIER AU CHROME ET AU COLOMBIUM"
Le colombium et le tantale sont des composants uti- les de nombreux aciers et, notamment, des aciers au chrome.
Dans la fabrication de ces aciers spéciaux, il est ordinaire- ment plus commode, plus efficace et plus économique d'ajouter un métal du groupe colombium-tantale (ce par quoi on entend le colombium, le tantale ou des mélanges de ces deux métaux) sous forme de morceaux d'un ferroalliage. Pour la plupart des applications, ce ferroalliage ne doit contenir qu'une quan- tité de carbone aussi faible que possible et, en tout cas, il n'en doit pas contenir plus de 1%, parce que le colombium et le tantale donnent naissance à des carbures extrêmement stables et inertes et que c'est généralement le colombium
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ou le tantale sous une forme autre que le carbure qui est dé- siré.
Une composition de ferrocolombium typique est approxi- mativement la suivante : 55% de colombium, 0,5% de carbone, 7% de silicium, le reste étant composé de fer et d'impuretés incidentelles. Une teneur modérément élevée en silicium, par exemple 5% à 10%, est avantageuse.
Quoique le ferrocolombium soit une matière très utile qui a été utilisée avec succès dans la fabrication de nombreuses tonnes d'acier, cette matière présente certaines propriétés qui sont indésirables pour une matière destinée à être introduite dans des bains d'acier.
Le point de fusion du ferrocolombium est relative- ment élevé (approximativement 1950 à 2200 , selon la compo- sition), et ceci fait qu'il est assez difficile de dissoudre l'alliage dans un bain d'acier rapidement et sans oxydation sérieuse du colombium. Le point de fusion du ferrotantale est d'ailleurs plus élevé encore que celui du ferrocolombium.
Le ferrocolombium et le ferrotantale sont friables, et les opérations de concassage donnent une,proportion exagé- rée de fines et de poussières dont la valeur commerciale @ est de beaucoup inférieure à celle de l'alliage en grains et @ en morceaux.
L'invention a pour objet un nouveau ferroalliage qui contient un métal du groupe colombium-tantale et dont le point de fusion est plus faible et les propriétés de concas- sage meilleures que ceux qui avaient pu être obtenus jusqu'à ce jour dans les alliages de ferrocolombium et de ferrotan- tale pratiquement utilisables.; et un procédé de fabrication de ce nouvel alliage.
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Cette invention envisage par conséquent un ferro- alliage contenant du chrome, un métal du groupe colombium- tantale, du fer, du carbone et du silicium, alliage dans le- quel les pourcentages combinés du chrome et du colombium représentent au moins 50%, le silicium représente moins de 20%, le carbone moins de 1% et le reste est composé de fer et d'impuretés incidentelles, le rapport du colombium au chrome étant compris entre 1 :20 20:1.
Une proportion aussi faiblè qu'une partie de chrome pour vingt parties du métal du groupe colombium-tantale suffit. déjà à améliorer sensiblement les propriétés du nouvel al- liage, mais on peut appliquer et on appliquera de préférence de plus fortes proportions de chrome, maisll'alliage devra contenir au moins une partie du métal du groupe colombium- tantale pour vingt parties de chrome. Dans la majorité des cas, un rapport compris entre 15 :1 1 :15 le métal du groupe colombium-tantale et le chrome sera très satisfaisant.
En général, les quantités minima préférées de chacun des deux composants chrome et métal du groupe colombium-tantale sont de 20% et il n'est normalement pas nécessaire qu'aucun de ces deux composants soit présent à raison de plus 'de 50%.
Pour de nombreuses applications, les alliages les plus uti- les sont ceux qui contiennent des quantités: approximative- ment égales de chrome et de métal du groupe colombium-tantale.
La teneur en fer du présent alliage a une.influence favorable sur les propriétés de l'alliage.et contribue aussi à la facilité avec laquelle on fabrique la matière, mais il convient que la teneur en fer n'excède pas sensible- ment 60% etil est préférable qu'elle soit beaucoup plus faible.
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La teneur en carbone ne doit pas dépasser 1% et un pourcentage inférieur à 0,25% est préféré pour les raisons sus- indiquées.
Une teneur modérée en silicium, n'excédant pas 20% et de préférence comprise entre 3% et 8%, est désirable mais non essentielle. L'aluminium peut être substitué à tout ou partie du silicium mais ce dernier lui est préférable. Le manganèse, le nickel ou des mélanges de ces deux métaux peuvent être substitués à une partie du fer. De faibles quantités d'autres éléments, tels que le titane, le cuivre et l'étain, peuvent être introduites ou pénétrer dans l'alliage sous forme d'impuretés incidentelles sans que ceci ait une influen- ce nuisible sur les propriétés utiles de l'alliage.
Comme exemples typiques du présent alliage, on in- diquera les compositions suivantes : (I) Cr, 33,9% ; Cb, 32,9%; Ta, 2,2%; Ti, 0,5%; Si, 6,7%; Mn, 2% ; Ni, 0,3% ; C, 0,18% ; Fe, sensiblement le reste.
(II) Cr, 28,6% ; Cb, 43,2%; Si, 5,4%; C, 0,26% ;
Fe, sensiblement le reste.
(III) Cr, 32,8% ; Cb, 39,8% ; Ta, 1,4% ; Si, 6%;
C, 0,38% ; Fe, sensiblement le reste.
Ces alliages peuvent être concassés en morceaux de
38 mm à 0,7 mm de diamètre sans donner plus de 7% environ d'une matière plus petite que 0,7mm. Ceci représente approxi- mativement la moitié de la proportion des fines résultant normalement du concessage du ferrocolombium. Les points de -fusion de ces nouveaux alliages (solidus) tombent à l'inté- rieur de l'échelle de 1620 à 1750 . La bande séparant le "solidus" du "licuidus" possède environ 200 de largeur et est plus étroite que celle se rapportant au ferrocolombium ordi- naire.
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Le présent alliage peut être appliqué à titre d'agent d'addition lorsqu'on désire ajouter simultanément du chrome et un métal du groupe colombium-tantale à un bain de métal quelconque, ferreux ou non. Les compositions préférées, contenant des proportions approximativement égales de chrome et de métal du groupe colombium-tantale, conviennent particu- lièrement pour la fabrication des aciers ferritiques et austénitiques contenant 6% à 30% de chrome, une faible quan- tité de carbone et une quantité suffisante de métal du groupe colombium-tantale pour se combiner avec tout ou presque tout le carbone.
On peut fabriquer les présents alliages par la mé- thode de "refusion" en utilisant, par exemple, du ferrochrome et du ferrocolombium pauvres en carbone, mais cette méthode n'est jas économique parce qu'elle exige trois opérations de fabrication séparées impliquant chacune des dépenses en équi- pement, en temps' et en énergie, des pertes duex aux déchets et, le cas échéant, un accroissement de la teneur en carbone.
Une autre façon de fabriquer ces alliages consiste à réduire simultanément les minerais du chrome et du colom- bium avec le carbone, le silicium ou l'aluminium. Un des in- convénients graves de ce procédé est qu'il en résulte ou bien un rendementmédirocre en constituants métalliques, ou bien un produit impur ou autrement indésirable. Le volume de déchet d'un tel procédé est excessif.
Un autre objet de l'invention est par conséquent un procédé qui évite ces difficultés et permet de fabriquer un alliage pauvre en carbone et possédant toute composition dé- sirée à l'intérieur de l'échelle indiquée plus haut, d'une façon économique, simple et efficace.
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Le présent procédé de fabrication est basé sur le fait que le minerai de chrome et d'autres matières à base d'oxyde de chrome peuvent être réduits par du silicium conte- nu dans un alliage de colombium et de tantale et que, inver- sement, la colombite, la tantalite ou d'autres matières à base d'oxydes du groupe colombium-tantale peuvent être ré- duites par du silicium contenu dans un alliage de chrome.
Etant donné qu'il est facile de fabriquer par des procédés connus des alliages pauvres en carbone et riches en silicium et les ferroalliages du chrome et du métal du groupe colom- bium-tantale, les réductions en question peuvent être effec- tuées en l'absence d'une quantité appréciable de carbone.
On peut facilement obtenir des alliages contenant moins de 0,25% de carbone.
Dans la description qui suit du présent procédé, il sera question uniquement du colombium dans un but de con- cision, étant bien entendu que le tantale et des mélanges de colombium et de tantale peuvent être substitués au colom- bium.
La gangue contenue dans les minerais de chrome or- dinaires contribue plus que celle des minerais ordinaires de colombium à augmenter la teneur en laitier. Pour cette rai- son, il est préférable de partir du chrome à l'état métal- lique et de réduire uniquement le colombium dans le procédé.
Selon un mode opératoire préféré, on prépare un bain d'alliage fondu de ferrochrome-silicium ou de chrome- silicium pauvre en carbone en le munissant d'un laitier, de préférence basique, et on introduit dans le bain à travers le laitier un minerai ou composé oxyde de colombium.
A mesure que s'effectue la réduction du colombium, ce métal
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s'unit au bain, alors que le silicium s'oxyde et s'unit au lait ier. Ordinairement, on choisira la teneur en silicium de l'alliage de ferro-chrome-silicium de façon que l'effet d'affinage de l'oxyde du chrome colombium-tantale soit juste suffisant pour réduire la teneur en silicium à la valeur dé- sirée, dans l'alliage final, mais on peut ajouter une partie du silicium au bain soit sous forme du métal, soit sous forme d'un.alliage de silicium avec un ou plusieurs des métaux dési- rés dans la composition finale.
A titre d'alternative,.on peut traiter d'une manière ' analogue un bain d'alliage fondu de colombium-silicium ou de ferrocolombium-silicium pauvre en carbone par du minerai ou composé d'oxyde de chrome. Une partie du silicium peut être ajoutée sous forme du métal ou sous forme d'un alliage tel que : ferrosilicium, chrome-silicium, ferrochrome-silicium.
Un autre.mode opératoire consiste à préparer d'a- bord un petit bain initial d'un ou plusieurs quelconques des constituants métalliques de l'alliage désiré, à introduire progressivement dans ce bain un mélange contenant le composé oxyde et l'alliage contenant le silicium et à chauffer le bain pour le maintenir à l'état fondu.
Au lieu d'agir sur un bain préalablement fondu à l'aide d'un composé oxyde, on peut broyer finement les réac- tifs solides, les mélanger intimement et les enflammer. Un chauffage extérieur ou/et un accélérateur approprié, tel que le nitrateede sodium, peuvent être nécessaires, dans certains cas, pour entretenir la réaction, mais la réaction exothermique fournira dans tous les cas de la chaleur pour la production d'un bain fondu.
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Dans l'un quelconque de ces divers modes opératoires, le fer peut être ajouté avant, pendant ou après la réaction du silicium et du composé oxyde pour produire soit un ferroallia- ge, soit un acier. Si l'on désire un acier, un mode opératoire économique et simple consiste à introduire un mélange de l'al- liage de silicium et d'oxyde décrit ci-dessus dans un bain fondu de fer ou d'acier revêtu de laitier.
Bien entendu, les laitiers obtenus dans ces opéra- tions contiendront des oxydes tant de chrome que de colombium, mais une addition simultanée intentionnelle de quantités sen- sibles de l'oxyde de plusieurs de ces éléments doit être évi- . tée parce qu'une telle addition augmenterait les pertes de mé- tal utile dans le laitier.
Les laitiers contenant des oxydes de colombium et de chrome sont de préférence fondus avec du silicium ou avec un mélange de carbone et de silice pour produire un al- liage de ferrochrome-colombium-silicium pauvre en carbone et susceptible d'être substitué à une partie du chrome-silicium, du colombium-silicium, du ferrochrome-silicium ou du ferro- colombium-silicium mentionnés dans la description précédente.
A titre d'alternative, on peut fondre le laitier pour le con- vertir en un alliage riche en carbone et le soumettre alors à un affinage ou à une nouvelle fusion pour diminuer la teneur en carbone et augmenter la teneur en silicium.
Dans une expérience typique suivant l'invention, 500 kg de colombite et 295 kg de ferrochrome-silicium ont été bro- yés pour passer à travers un tamis ? 8 (maille de 2,36 mm) et intimement mélangés avec 800 kg de chaux en morceaux, une faible partie du ferrochrome-silicium étant réservée. On a fondu le ferrochrome-silicium ainsi réservé au fond d'un four électrique à arc libre de façon à constituer un bain
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initial et on a alors introduit le mélange dans ce bain à des intervalles réguliers. Le laitier et l'alliage ont été coulés de temps à autre. Un métal propre et homogène a pu être aisément séparé du laitier.
Des analyses d'échantillons moyens des matières et produits de départ ont été les suivantes:
EMI9.1
<tb> Colombite <SEP> Alliage <SEP> Alliage
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯ <SEP> Fe-Or-Si <SEP> Fe-Or-Ob <SEP> Laitier
<tb>
<tb> Cb2O5 <SEP> 61,8% <SEP> Cr <SEP> 34,6% <SEP> Cr <SEP> 28,6% <SEP> Cr <SEP> 0,3%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ta205 <SEP> 5,1% <SEP> Si <SEP> 50,1% <SEP> Cb <SEP> 43,2% <SEP> Cb2O5 <SEP> 7,5%
<tb>
<tb> Ta <SEP> 0,7%
<tb>
<tb> CaO <SEP> 14,1% <SEP> Fe <SEP> 14,3% <SEP> Fe <SEP> 18,1%
<tb>
<tb> Si <SEP> 5,4%
<tb>
<tb> FeO <SEP> 5,8% <SEP> C <SEP> 0,04% <SEP> Mn <SEP> 1,8%
<tb>
<tb>
<tb> MnO <SEP> 2,2% <SEP> C <SEP> 0,26%
<tb>
64% du colombium et 90% du chrome ont été obtenus à'l'état métallique.
Bien que , dans la description qui précède, on ait décrit en détail les conditions préférées, des conditions économiques et d'autres facteurs pratiques peuvent occasion- nellement rendre nécessaire qu'on s'écarte de ces conditions préf érées. La description détaillée donnée ci-dessus doit par conséquent être considérée comme illustrant l'invention, celle-ci ne lui étant pas limitée.