<Desc/Clms Page number 1>
Eo SPIRE, résidant à MONTRE AL (Canada).
PROCEDE DE FABRICATION D'ACIERS AU BORE.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'a- ciers au bore, et plus généralement, un procédé d'introduction de bore dans les métaux ferreux.
Le bore est introduit dans les aciers, en particulier pour en aug- menter l'aptitude à la trempe, en remplacement d'autres corps tels que le man- ganèse, le nickel, le chrome et le molybdène.
L'introduction du bore dans l'acier est actuellement effectuée sous forme de ferro-bore ou de ferro-alliages complexes qui contiennent de 5 à 15 % de bore et aussi du titane, du zirconium, de l'aluminium et du manga- nèse. Le ferro-bore ne contient que du fer, du bore et du silicium. On peut aussi introduire du bore dans l'acier en ajoutant du borax dans la poche de coulée ou la lingotière.
Ces modes opératoires ne donnent pas satisfaction en ce qu'ils ne permettent pas de doser comme il convient la teneur en bore et ont tendan- ce à introduire ce corps en excès. On sait qu'au delà d'une teneur de 0,006% en poids du métal, le bore produit un effet nuisible. Lorsqu'on introduit le bore sous forme de borax, il est difficile de ne pas dépasser cette va- leur.
L'invention remédie à ces inconvénients et permet d'obtenir des aciers au bore de bonne qualité.
A cet effet, le procédé qui en fait l'objet consiste à effectuer simultanément la réduction de la teneur en azote de la masse d'acier fondu et l'introduction dans cette masse de bore sous forme d'un composé réducti- ble et, par exemple, d'un borate de métal alcalin ou alcalino-terreux, ou d'un oxyde de bore qu'on réduit par un agent réducteur tel que l'aluminium ou le
<Desc/Clms Page number 2>
carbone.
Conformément à l'invention, ce procédé est mis en oeuvre, en dehors du four d'élaboration ou de fusion de l'acier, dans un récipient ap- proprié, et par exemple dans une poche de coulée, et l'azote est continuel- lement éliminé par insufflation dans la masse de métal fondu d'un gaz non oxydant et exempt d'azote tel que l'argon ou l'hélium par exemple. Cette insufflation provoque une forte agitation de la surface libre du métal et cette agitation est utilisée pour brasser le laitier fortement basique au- quel le composé du borate et l'agent réducteur ont été ajoutés.
Aux dessins annexés, - la figure 1 est un graphique qui fait ressortir la réduction de la quantité d'azote contenue dans l'acier en même temps que l'introduction de bore dans ce même acier; - la figure 2 est un graphique concernant des essais comparatifs d'aptitude à la trempe d'éprouvettes d'acier.
Un mode opératoire avantageux pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est le suivant :
La charge d'acier à traiter en provenance du four d'élaboration ou de fusion, et préalablement désoxydée par la technique usuelle, est versée dans une poche de coulée. La désoxydation, au moyen d'un agent désoxydant tel que le ferro-silicium, le ferro-manganèse et l'aluminium, peut aussi être effectuée en même temps qu'on remplit la poche.
Avant de verser le. métal fondu dans la poche, ou même après l'y avoir versé, on introduit dans cette dernière un flux basique ayant la compo- sition suivante :
EMI2.1
<tb> CaO <SEP> .......... <SEP> 50 <SEP> à <SEP> 60 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Al2O3 <SEP> ........... <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> %
<tb>
<tb> Ca <SEP> F2 <SEP> ............ <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 15 <SEP> %
<tb>
<tb> Borax <SEP> ........... <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> TiO2 <SEP> - <SEP> Zr <SEP> 02 <SEP> .... <SEP> 10 <SEP> à <SEP> 20 <SEP> % <SEP>
<tb>
Le poids total de ce flux est de préférence de 1 à 6 % de celui du métal à traiter. La poche est d'abord à demi remplie pour laisser le flux prendre la température de l'acier (1550 à 16200C environ), puis on achève de remplir.
Dans l'intervalle, on ajoute à l'acier, à titre de désoxydant, de l'aluminium,en plus de celui utilisé pour réduire le borate.
On insuffle alors dans la masse de métal un gaz non oxydant et exempt d'azote, tel que l'argon, par exemple. Cette insufflation a lieu de préférence à travers au moins un bouchon poreux disposé dans le fond de la poche comme représenté et décrit dans le Brevet français ? 1.009. 829 et ses deux additions déposées le 19 Avril 1949 et le 30 Novembre 1949, et dans le brevet français n 1.031.504.
L'insufflation peut être continue ou avoir lieu par pulsions.
On indiquera ci-après des résultats d'essais.
<Desc/Clms Page number 3>
EXEMPLE I.
Dans un four électrique acide, on fond 4 tonnes d'un acier contenant ;
EMI3.1
<tb> Carbone <SEP> 0,26 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> 0,74 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> 0,50 <SEP> % <SEP>
<tb>
Avant de procéder au déversement du métal fondu dans une poche à fond poreux du type défini ci-dessus, on évacue du four le laitier acide, on ajoute 450 grammes d'aluminium et 1.130 grammes de siliciure de calcium par tonne de métal, et on verse le métal dans la poche contenant 2 % en poids d'un flux solide qui comprend :
EMI3.2
CaO .......a........... 54 %
EMI3.3
<tb> Al2 <SEP> O3 <SEP> ................ <SEP> 22,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
EMI3.4
Ca F2 .......e..ee..... 13,5 % Borax ................. 9,1 % C ..................... 0,9 %
Pendant le remplissage de la poche, on ajoute un supplément de désoxydant, à savoir 900 grammes d'aluminium par tonne d'acier, et on insuffle l'argon, à travers le bouchon réfractaire poreux du fond de la poche, à un débit de 60 litres par minute, en opérant en cinq périodes d'une minute espa- cées de trois minutes. Le bouchon poreux est en carbure de silicium ; dia- mètre est de 95 millimètres et sa hauteur de 102 millimètres.
On a obtenu les résultats suivants qui apparaissent sur le graphique de la figure 1.
TABLEAU I.
EMI3.5
<tb>
MINUTES <SEP> POURCENTAGES
<tb>
<tb> Azote <SEP> soluble <SEP> : <SEP> Azote <SEP> insoluble <SEP> : <SEP> Azote
<tb> Temps <SEP> de <SEP> contact <SEP> du <SEP> dans <SEP> les <SEP> dans <SEP> les <SEP> Bore
<tb> laitier <SEP> avec <SEP> le <SEP> métal <SEP> : <SEP> acides <SEP> acides
<tb>
EMI3.6
50,00710,00680,01390,0003
EMI3.7
<tb> 6 <SEP> 0,0027 <SEP> 0,0093 <SEP> 0,0120 <SEP> 0,0059:
<tb>
<tb> 14 <SEP> 0, <SEP> 0019 <SEP> 0, <SEP> 0036 <SEP> 0,0055 <SEP> ------:
<tb>
EMI3.8
18 -.## ### ## 0,010
Bien que l'acier obtenu contienne OÛIO % de bore, ce qui est très supérieur à la teneur usuelle admise, les essais mécaniques donnent les résultats suivants :
EMI3.9
<tb> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 57,4 <SEP> Kg/mm2
<tb>
<tb> Allongement <SEP> 26,7 <SEP> % <SEP>
<tb> Réduction <SEP> de <SEP> section <SEP> ............ <SEP> 46,5 <SEP>
<tb>
<Desc/Clms Page number 4>
On peut voir que la quantité d'azote soluble dans les acides a été réduite et que le bore a été introduit dans l'acier en évitant au maximum, et sans l'emploi de titane et de zirconium, la formation de nitrure de bore.
Ces résultats sont quelque peu surprenants. Il semble en effet que le bore à l'état naissant devrait au contraire se combiner à l'azote dont l'élimina- tion par l'effet mécanique de l'insufflation d'argon ne précède pas la libé- ration du bore, mais a lieu en même temps.
Les résultats des essais mécaniques prouvent en outre qu'il ne se produit pas d'introduction du bore en excès préjudiciable comme dans les .procédés antérieurs EXEMPLE 2.
On fond dans un four à induction à revêtement basique, de 225 Kgs, environ 203 Kg d'un acier contenant :
EMI4.1
<tb> Carbone <SEP> ............. <SEP> 0,24 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb> Manganèse <SEP> ............ <SEP> 1,00 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Silicium <SEP> .............. <SEP> 0,60 <SEP> % <SEP>
<tb>
On prépare et on préchauffe à 700 C, un flux solide comprenant ;
EMI4.2
Chaux o s e a o v .......... 55,5 %
EMI4.3
<tb> Alumine <SEP> .............. <SEP> 21,5 <SEP> %
<tb>
<tb> Spath-fluor <SEP> .......... <SEP> 13 <SEP> % <SEP>
<tb>
EMI4.4
Borax 0000000.....000. 9 % Carbone ........<,..... 1 %
Le métal est versé à 16500C dans la poche et calmé avec 450 gr d'aluminium par tonne et 1130 gr par tonne de siliciure de carbone.
Après remplissage de la poche, on dépose le flux préchauffé sur la surface du métal en y ajoutant 900 gr d'aluminium par tonne et on commence l'insufflation qu'on règle au débit de 7 litres par minute. Le flux est ainsi vigoureusement brassé avec l'acier et fond en moins de 45 secondes. L'insufflation est maintenue pendant quatre minutes et demie et l'acier est coulé en lingots.
Les résultats des essais chimiques et mécaniques sur des prélèvements faits pendant cette période sont les suivants :
TABLEAU 2..
EMI4.5
<tb>
MINUTES <SEP> POURCENTAGES <SEP>
<tb>
<tb> Temps <SEP> de <SEP> contact <SEP> avec <SEP> Azote <SEP> total <SEP> Bore
<tb> lelaitier
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 0,018 <SEP> 0,003
<tb> 2 <SEP> 0,003
<tb> 4 <SEP> 0,005 <SEP> 0,13
<tb>
<Desc/Clms Page number 5>
TABLEAU 3.
EMI5.1
<tb>
: <SEP> Charge <SEP> de <SEP> rup- <SEP> : <SEP> : <SEP> Réduction <SEP> de <SEP> Essais <SEP> Charpy
<tb>
<tb> Type <SEP> d'acier <SEP> : <SEP> Allongement <SEP> : <SEP>
<tb>
EMI5.2
ture î i surface î à # 400C
EMI5.3
<tb> Sans <SEP> Bore <SEP> 62 <SEP> Kg/mm <SEP> 2 <SEP> 26,5% <SEP> 53 <SEP> % <SEP> 21 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> avec <SEP> Bore <SEP> 69 <SEP> Kg/mm2 <SEP> : <SEP> 25 <SEP> % <SEP> 52 <SEP> % <SEP> 22 <SEP> % <SEP>
<tb>
La figure 2 montre l'aptitude à la trempe exprimée en résultats de l'essai de "Jominy". En ordonnées sont portés les chiffres de dureté Rockwell et en abscisses les distances de l'extrémité trempée de l'éprouvet- te, en prenant comme unité une longueur de 1,58 mm.
L'éprouvette B1-3 (sans Bore) présente une aptitude à la trempe bien inférieure à l'éprouvette Bl-15 (avec Bore).
Le procédé objet de l'invention est applicable à l'introduction du bore dans tous les aciers, y compris les aciers coulés et les aciers forgés, les meilleurs résultats étant obtenus avec les aciers coulés. Il est aussi applicable à la fonte. La teneur en bore pour obtenir les meil- leurs résultats avec les aciers, se tient entre 0,0008 % et 0,003 % pour les aciers de qualité intermédiaire, et peut dépasser cette valeur pour les aciers à faible teneur en carbone.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé d'introduction de bore dans les aciers et autres mé- taux ferreux dans lequel l'acier est traité dans une poche de coulée à sa sortie du four d'élaboration ou de fusion, caractérisé en ce qu'on introduit dans la masse d'acier fondu à titre de corps contenant du bore, un flux com- prenant un borate d'un métal alcalin ou alcalino-terreux, et/ou un oxyde de bore, auquel on ajoute un agent réducteur pour libérer le bore, et, en même temps, on insuffle dans la masse de métal un gaz non oxydant exempt d'azote pour éliminer l'azote du métal et empêcher la formation de nitrure de bore.