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Les tentatives faites en vue d'élaborer des aciers insensibles au vieillissement et résistants après soudage au moyen du procédé bon marché du soufflage, soit au convertisseur Thomas, soit au convertisseur Bessemer, soit au convertisseur à l'oxygène, ont conduit à toute une
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série de procédés spéciaux d'élaboration ayant pour but d'éliminer l' effet nuisible d'une haute teneur en oxygène et en azote des aciers, ou tout au moins de l'atténuer par une désoxydation spéciale.
La teneur en azote de l'acier peut être réduite par le remplacement partiel ou total du vent d'affinage par l'oxygène ou d'autres mélanges de gaz oxydants, tels que le CO2 et la vapeur d'eau, ou par une addition de minerai.
Comme désoxydants spéciaux on emploie entre autres l'aluminium et ses alliages. Dans ce cas, l'acier contient, après désoxydation, 0,01 à 0,05 % d'aluminium résiduel, en majeure partie sous forme de nitrures.
De plus, on a déjà proposé de combiner l'azote en excès avec le vanadium et le titane.
On obtient ainsi des aciers très peu sensibles au vieillissement après traitement thermique (par exemple, recuit de normalisation).
Toutefois, de tels aciers se.fragilisent, si leur teneur en phosphore est élevée.
D'autre part, l'amélioration réalisée par le passé des propriétés des aciers calmés élaborés au con- vertisseur ne suffit pas pour en faire des aciers insensibles au vieillissement, résistants après soudage, pouvant remplacer avantageusement les aciers Martin.
De longs essais effectués avec des aciers calmés. fabriqués au convertisseur, notamment au convertisseur Thomas, ont démontré, contrairement à l'état actuel de la technique, que les propriétés de ces aciers peuvent être suffisamment améliorées par une addition de 0,12 à 1,0 %, de préférence de 0,15 à 0,50% d'aluminium, pour atteindre à coup sur et même surpasser les propriétés des aciers de
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construction métallique bien connus élaborés au four
Martin basique.
Cette teneur en aluminium proposée par la présente invention, et qui doit se trouver sous forme de solution solide dans le métal, exerce plusieurs effets améliorants sur les propriétés des aciers préparés au convertisseur.
Tout d'abord, elle donne une réduction pratiquement complète des produits présenta de la réaction du manganèse, du silicium et d'autres éléments d'addition, les aluminates ainsi formés étant ,encore liquides à la température de réaction et s'éliminant rapidement.
@
La pureté des aciers à l'aluminium faisant l'objet de la présente invention est sensiblement plus élevée que celle des aciers ordinaires fabriqués au convertisseur et dépasse, en règle générale, celle des aciers Martin ordinai- res. En conséquence, la coulabilité desdits aciers à l'- aluminium est très bonne. Ces aciers l'emportent donc, par exemple, sur les aciers dans lesquels on a ajouté 1'- . addition habituelle de désoxydants spéciaux contenant de l'aluminium.
La teneur d'au moins 0,12 % d'aluminium abaisse tellement la teneur en oxygène résiduel, dissous dans l'- acier encore liquide qu'aucune quantité nuisible de pro- duits de désoxydation ne peut plus se précipiter lors du refroidissement et de la solidification du métal. Natu- rellement, tous les effets préjudiciables de l'oxygène sont ainsi éliminés.
Les précipités finement dispersés des composés de l'aluminium-formés pendant le refroidissement et la solidification du métal agissent comme des germes et donnent naissance à une structure primaire exempte de ségrégations, pratiquement homogène sur toute la section du métal.
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Pour éviter tout vieillissement par l'azote et obtenir des nitrures d'aluminium sous une forme inoffen- sive, la teneur en aluminium proposée par la présente invention doit être d'au moins 15 fois la teneur en azote.
L'excédent d'aluminium-métal dissous dans la matrice mé- tallique provoque évidemment une dispersion favorable des nitrures, qui équivaut à une réduction de leur solubilité, de sorte qu'aucune précipitation dispersée critique ne peut plus avoir lieu, même pour les vitesses normales de refroi- dissement des pièces de forte section à la température de façonnage à chaud.
Ces aciers à l'aluminium possèdent une parfaite résistance au vieillissement déjà à l'état laminé et n'ont généralement pas beboin de subir un traitement thermique ultérieur. Grâce à cette résistance au vieillissement, les tensions se produisant lors de leur soudage ne peuvent provoquer aucune fragilisation de ces aciers qui sont donc très résistants après soudage.
D'ailleurs, l'addition d'aluminium proposée par la présente invention conduit à la suppression de l'effet nuisible de la haute teneur en phosphore (jusqu'à environ 0,1 %) des aciers Thomas ordinaires.-L'augmentation de la teneur en phosphore a même pour effet d'accroître la limite élastique et d'a @ater légèrement la résistance à la traction, sans que -La ténacité et la résistance au vieillissement soient influencées.-
Une addition de phosphore permet donc de fabri- quer des aciers de construction ayant une limite élasti- que élevée, c'est-à-dire que le phosphore, considéré à ce jour comme nuisible , peut être utilisé confie élément d'alliage utile, même anticorrosif, et bon marché.
L'effet de l'addition d'aluminium dans le;. aciers
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fabriqués au convertisseur suivant la présente invention ressort de la comparaison ci-après des propriétés mécaniques de deux aciers de construction correspondant à la nuance St 37.12.
1) - Acier Thomas ordinaire, opina au ferro-silicium et à l'aluminium.
Composition 0,07 % de C, 0,56 % de Mn, 0,24 % de Si, 0,051 % de P, 0,028 % de S, 0,016 % de N2, 0,02 % d'Al
Grosseur' du grain selon ASTM: 7
Aciers marchands de 30 mm de @, résistance à la trac- tion à l'état laminé': 45 kg/mm2
Résilience en kgm/cm2 (éprouvette DVM):
EMI5.1
<tb>
<tb> température <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état
<tb> laminé <SEP> laminé <SEP> et <SEP> normalisé <SEP> normalisé
<tb> @ <SEP> C <SEP> vieilli(1) <SEP> et <SEP> vieilli(1)
<tb> + <SEP> 20 <SEP> 23 <SEP> 1,5 <SEP> 22 <SEP> 10
<tb> ¯ <SEP> 0 <SEP> 15 <SEP> 0,8 <SEP> 20 <SEP> 7
<tb> ¯ <SEP> 20 <SEP> 6 <SEP> 0,5 <SEP> 10 <SEP> 0,5
<tb> - <SEP> 40 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 0,7 <SEP> 0,5
<tb>
(1) étiré de 10% et vieilli pendant une heure à 250 C.
L'essai de tournage par gradins de l'acier marchand a donné l'indice 12 à 16. La teneur en scorie oxydée, déterminée par isolation, est comprise entre 0,058 % et 0, 087 %.
2)- Acier Thomas ordinaire, désoxydé au ferro-silicium, avec.une addition d'aluminium,
Composition chimique: 0,07 % de C, 0,60% de Mn, 0,20% de Si-;' 0,056% de P, 0,025% de S, 0,016% de N2, 0,25% d'Al.
Aciers marchands de 30mm de @, résistance à la tractïor. à l'état laminé : 42,9 kg/mm
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Grosseur du grain selon ASTM: 8 Résilience en Kgm/cm2 (éprouvette DVM):
EMI6.1
<tb>
<tb> température <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état <SEP> à <SEP> l'état
<tb> laminé <SEP> laminé <SEP> et <SEP> normalisé <SEP> normalisé <SEP> et
<tb> @ <SEP> C <SEP> vieilli(1) <SEP> vieilli <SEP> (1)
<tb> + <SEP> 20 <SEP> 30 <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 21
<tb> + <SEP> 0 <SEP> 32. <SEP> 17 <SEP> 34 <SEP> 19
<tb> - <SEP> 20 <SEP> 32 <SEP> 15 <SEP> 32 <SEP> 17
<tb> - <SEP> 40' <SEP> 25 <SEP> 14 <SEP> 26 <SEP> . <SEP> 15
<tb> - <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> 8 <SEP> 21 <SEP> 8
<tb>
(1) étiré de 10% et-vieilli pendant une heure à 2500 C.
L'essai de tournage par gradins de l'acier laminéa donné l'indice 0 (exempt de défauts). La teneur en scorie oxydée, déterminée par isolation, est comprise entre 0,018 % et 0,021%.
L'acier Thomas avec l'addition d'aluminium proposée par la présente invention atteint donc des valeurs équivalent à celles d'un acier Martin à grain fin de même composition chimique,'désoxydée à l'aide de désoxydants spéciaux.
Sa pureté équivaut également à celle d'un bon acier Martin.
L'addition d'aluminium conforme à la présente invention présente encore l'avantage d'augmenter la résistance aux efforts alternés et d'améliorer la trempabilité et l'aptitude au traite,:lent thermique. foutes les améliorations décrites plus haut ouvrent un vaste domaine d'application aux aciers calmés élaborés au convertisseur avec une addition d'aluminium suivant la présente invention. Il va de soi que l'on peut adapter les propriétés de ces aciers aux usages spéciaux par l'emploi d'éléments d'alliage les plus divers.
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Un autre avantage de la présente invention consiste à pouvoir renoncer à l'emploi des désoxydants tels que ferro-silicium et silicium-calcium, si cela apparait oppor- tun pour certaines applications spéciales de ces aciers.
L'addition d'aluminium proposée suivant la présente . invention est ajoutée à l'acier de préférence à l'état li- quide, au cours de la coulée de l'acier dans la poche, après addition des éléments d'alliage et des oxydants. On laisse couler l'aluminium dans l'acier, dos que la poche de coulée contient 'environ 1 à 2 tonnes d'acier et on termine l'addition quand les 2/3 de l'acier sont coulés dans la poche. Cette addition produit une répartition plus ré- gulière de l'aluminium dans l'acier liquide et des réactions plus rapides sur les gaz résiduels dissous dans l'acier, ainsi qu'une élimination plus rapide des produits de là réaction dans la poche de coulée que l'addition solide.