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La présente invention concerne des alliages d'acier et des pièces coulées en alliages d'acier ayant une meilleure résistance aux chocs, en particulier aux basses températures, une meilleure résistance à la corrosion et une exemption inhabituelle de déchirures à chaud.
On a depuis longtemps eu besoin d'un alliage d'acier ayant des propriétés de haute résistance aux chocs aux basses tem- pératures et, en même temps, les propriétés de ténacité, de résistan- ce à la corrosion, et d'aptitude à être soudé. Par exemple, dans la production de pièces coulées, telles que des châssis de wagons de chemins de fer, des traverses, des patins de friction, des plaques de blindage et d'autres pièces coulées qui sont soumises à des
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chocs fréquents et rudes, des propriétés de résistance aux chocs et en particulier des propriétés de résistance aux chocs à basse tem- pérature ont une grande importance.
Des aciers ordinaires utilisés dans la production de blindages coulés n'ont pas la ténacité et la résistance aux chocs nécessaires si on n'y ajoute pas de constituants d'alliages très coûteux et difficiles à obtenir. Même lorsqu'on ajoute ces constituants coûteux, les propriétés de résistance aux chocs à basse température sont variables et il est difficile de les maintenir à la valeur voulue. Un des inconvénients principaux des aciers résistant aux chocs, que l'on a utilisés jusqu'à présent pour les applications mentionnées plus haut, réside dans leur ten- dance bien connue à se déchirer à chaud dans le moule. Cette tendance a été un problème constant pour l'industrie du coulage de l'acier.
On a constaté que la présence d'inclusions cristallines accentue le déchirement à chaud, quoique l'on connaisse d'autres facteurs pertinents.
L'invention consiste en un alliage d'acier résistant aux chocs comprenant 0,1 à 1,8% de carbone, 0,2 à 6% de manganèse, 0,1 à 0,75% de silicium, 0 à 0,04% de phosphore, 0 à 0,04% de soufre} le résidu provenant du traitement du métal en fusion avec 0,0015 à 0,5% de métaux de terres rares et, pour le reste, du fer avec des impuretés résiduelles en quantités ordinaires, l'addition des métaux de terres rares étant faite après réduction de la teneur totale en oxyde à moins de 0,007%.
Les pourcentages donnés dans le présent mémoire et dans toute la description et les revendications sont des pourcentages en poids.
Un alliage d'acier ainsi traité en fusion avec des métaux de terres rares convient pour la fabrication de pièces coulées ainsi que de pièces forgées ayant une résistance aux chocs surprenante à la température ambiante et en dessous de cette température, une meilleure ténacité, une meilleure résistance à la corrosion et une meilleure aptitude au soudage et est caractérisée par une microstruc,
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ture à grain fin comportant des inclusions pour la plupart rondes, et très peu ou pas d'inclusions cristallines. On a constaté que l'alliage d'acier de la présente invention présente la caractéristi- que supplémentaire d'avoir une fluidité plus élevée que la nor- male et que les pièces coulées obtenues à partir de cet alliage ont une résistance inhabituelle au déchirement à chaud.
Il peut être souhaitable de limiter la composition de l'alliage à des gammes plus étroites pour certaines applications particulières et dans ce cas les concentrations suivantes d'éléments d'alliage produisent un alliage ayant les caractéristiques souhaita- bles de résistance aux chocs à la température ambiante et en dessous de cette température ainsi qu'une résistance aux déchirures à chaud,
Carbone 0,15 à 0,35
Manganèse 1,1 à 2
Phosphore 0 à 0,04
Soufre 0 à 0,04
Silicium 0,1 à 0,75
Molybdène seuls
Chrome ou en 0,3 à 1
Tungstène combinaison
Nickel 0,2 à 1
Métaux de terres rares Résidu provenant du traitement avec environ de 0,0025% à 0.5% à l'état fondu après réduction de la teneur totale en oxyde du métal en fusion à moins de
0,007%.
Fer Le reste avec des impuretés en quantités ordinaires.
Le ternie "métal de terre rare" utilisé dans ce mémoire couvre les éléments portant les chiffres 57 à 71 du tableau périodique soit seuls, soit en combinaison, et en particulier : le cérium, le lanthane, le néodyme, le praséodyme, le samarium, l'illinium, l'europium, le gadolinium, le disprosium, l'ytterbium, leurs alliages et composés. Ces métaux de terres rares peuvent se présenter sous la forme habituellement dite "métal mixte".
Un mélange de métaux de terres rares qui s'est révélé particulière- ment efficace contient environ 31,5% de lanthane, 44,5% de cérium, 11% de praséodyme, 7% de néodyme, et 6% des autres métaux de terres rares mentionnés plus haut.
.L'utilisation des métaux de terres rares est critique
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et doit être maintenue en substance dans la gamme donnée plus haut. Il faut ajouter au moins 0,0015% de métaux de terres rares au métal en fusion pour obtenir un alliage présentant les carac- téristiques souhaitables de résistance élevée aux chocs à tempé- rature ambiante età une température moins élevée, de résistance au déchirement à chaud et de fluidité. Quoiqu'il faille maintenir une addition minimum de métaux de terres rares de 0,0015%, il est souhaitable d'utiliser un minimum légèrement plus élevé dans la plupart des cas. On ajoute de préférence un minimum d'environ 0,0025% de métaux de terres rares à l'alliage.
Des additions de métaux de terres rares dépassant 0,5% se sont révélées nuisibles pour l'alliage.
Pour fabriquer l'alliage d'acier de la présente invention on calme de préférence le métal en fusion dans le four, par exemple, en y ajoutant un désoxydant tel qu'un mélange de silicium et de manganèse, et on coule ensuite l'acier. On maintient de préférence la teneur finale en silicium de l'acier en dessous de 0,75. Cette teneur n'est cependant pas critique et des teneurs en silicium plus élevées peuvent être souhaitables dans certains cas.
Lorsque le creuset est partiellement rempli, on désoxyde de préférence da- vantage l'acier en ajoutant, par exemple, 0,75 kg d'un mélange de calcium et de silicium par tonne métrique de charge, et on ajoute ensuite les métaux de terres rares de préférence en quantités al- lant de 0,3 à 2,5 kg environ par tonne métrique de charge, (des additions atteignant 5 kg par tonne métrique, peuvent cependant être faites sans affecter sérieusement l'alliage), après quoi on ajoute de préférence de l'aluminium en une quantité de l'ordre de 0,50 à 2,50 kg par tonne métrique de charge, et finalement un mélange de calcium et de silicium en quantité de l'ordre de 0,75 kg par tonne métrique de charge avant que le creuset ne soit com- plètement rempli.
Dans la gamme spécifiée plus haut, les métaux de terres rares ne sont efficaces que si l'addition est faite à un métal en
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fusion à l'état basique et, soit après que la teneur to@@le en oxyde ait été réduite jusqu'à environ moins de 0,007%, soit en ajoutant des désoxydants qui réduisent la teneur totale en oxyde jusqu'à environ moins de 0,007% avant que les métaux de terres rares n'aient été dissous dans le bain. On a essayé d'ajouter les métaux de terres rares dans les proportions spécifiées à un acier acide, mais ces tentatives ont toujours échoué probablement à cause de la perte des métaux de terres rares dans le laitier.
Si on désire obtenir des caractéristiques de dureté très élevées on peut ajouter du bore au métal en fusion sans dé- tériorer les effets des métaux de terres rares. Ces additions de bore doivent de préférence être faites en quantités allant de 0,0005% à 0,005%.
La présente invention peut être réalisée en ajoutant les métaux de terres rares au creuset, lorsque l'acier basique est coulé hors du four; ou si on utilise un four à revêtement acide., on peut verser l'acier en fusion et le laitier dans un premier creuset dans lequel le laitier peut être amené à un état basique,-et on peut ensuite verser 1;acier et le laitier dans un second creuset dans lequel on effectue les additions comme décrit plus haut.
Les propriétés inhabituelles de l'alliage de la présente invention ressortent mieux des essais qui ont été effectués sur des alliages dont les compositions sont comprises dans les gammes don- nées plus haut. Les résultats de ces essais sont mis en évidence dans les tableaux donnés ci-après et dans les dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 est un graphique comparant les caractéristiques de résistance aux chocs d'un acier obtenu suivant la présente in- vention, avec les caractéristiques de résistance aux chocs d'un acier pratiquement identique obtenu de la même façon mais sans les éléments de terres rares.
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la figure 2 est un graphique comparant la susceptibilité de déchirement à chaud de l'acier obtenu suivant la présente inven- tion avec celle d'un acier pratiquement identique obtenu de la même façon mais sans les métaux de terres rares; et la figure 3 est un graphique comparant la fluidité de l'acier de la présente invention avec celle d'un acier pratiquement identique obtenu de la même façon mais sans les métaux de terres rares.
Des exemples spécifiques sont décrits comme suit : EXEMPLE 1.-
On verse deux charges présentant les analyses suivantes
EMI6.1
<tb> Charge
<tb>
<tb> N <SEP> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0,27 <SEP> 1,19 <SEP> 0,016 <SEP> 0,027 <SEP> 0,41 <SEP> 0,60 <SEP> 0,24 <SEP> 0,53
<tb> 2 <SEP> 0,27 <SEP> 1,24 <SEP> 0,018 <SEP> 0,024 <SEP> 0,43 <SEP> 0,57 <SEP> 0,26 <SEP> 0,54
<tb>
Dans la charge n 1, on calme l'acier en fusion dans un four à induction à revêtement basique de la façon habituelle en ajoutant 1,25 kg d'aluminium et 1,50 kg d'un mélange de calcium, de manganèse et de silicium par tonne métrique de charge.
Dans la charge n 2, on calme l'acier en fusion dans le four à induction à revêtement basique de la façon suivante : Après les additions habituelles de ferrosilicium et de ferromanga- nèse, on calme l'acier à l'aide de 0,75 kg d'aluminium, 1,00 kg du mélange de métaux de terres rares décrit plus haut et finalement à l'aide de 1,50 kg d'un mélange de calcium, de manganèse et de silicium par tonne métrique de charge.
On coule l'acier provenant des deux charges dans des blocs de moulage d'essai pour obtenir des plaques d'essai mesurant 2,54 x 15;24 x 25,4 cm. On identifie ces plaques par leur numéro de charge auquel on ajoute des symboles alphabétiques pour les plaques respectives et on les traite à chaud comme suit :
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EMI7.1
plaques 1-A.1-B.1-C et plaques 2-A,2-B,2-C
926,6 C - 2 h.- refroidies dans l'air 676,6 C --2 h.- refroidies dans l'air
857,2 C - 40 min. - trempées dans l'eau plaques 1-A & 2-A - 543,3 C - 1 h. - trempées dans l'eau plaques 1-B & 2-B - 568,3 C - 1 h. - trempées dans l'eau plaques 1-C & 2-C - 598,9 C - 1 h. - trempées dans l'ean
Des éprouvettes Charpy obtenues à partir des plaques et essayées à -40 C ont donné les résultats suivants :
Tableau I.
EMI7.2
<tb>
Charge <SEP> n <SEP> 1.
<tb>
EMI7.3
Echantillon n A(33.1l B 22 C (30Ql ro.1( JJ1,.T{g mKg 1 2y z 3, 3i 4, .2 2 2,90 3,04 4.98 3 3, 31 3,1 ., È .
4 290 3,46 456 5 3,1$ 3, L,,6 L,., 70 6 2, 91 3,1 .70
EMI7.4
<tb> Avg. <SEP> 3,00 <SEP> 3,28 <SEP> 4,70
<tb>
<tb> Charge <SEP> n <SEP> 2.
<tb>
EMI7.5
Echantillon n k 332 B(32 C 290
EMI7.6
<tb> mKg <SEP> mKg <SEP> mKg
<tb>
<tb> 1 <SEP> 4,84 <SEP> 5,89 <SEP> 7,69
<tb> 2 <SEP> 4,84 <SEP> 5,81 <SEP> 7,47
<tb>
EMI7.7
3 4.56 6, 64 7, 61
EMI7.8
<tb> 4 <SEP> 4,84 <SEP> 6,50 <SEP> 7,47
<tb>
<tb> 5 <SEP> 4,56 <SEP> 6,36 <SEP> 7,61
<tb>
EMI7.9
6 .y. z08 ',7. Avg. 4.,74 6, 09 bzz Les chiffres entre parenthèses sont des duretés expri-
EMI7.10
mées en Rocbiell "C" et converties en Brinell.
Les inclusions des échantillons de la charge n 1 sont cristallines tandis que celles de la charge n 2 sont mondes. La microstructure des éprouvettes des deux charges est une marten- site trempée uniforme.
Sur la figure 1, les résultats de ces essais de choc sont rendus comparables puisque la courbe marquée "1" représente les résultats des essais sur les pièces coulées provenant de la charge n 1, tandis qué la courbe marquée "2" représente les ré-
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charge n 2, cette dernière étant l'acier conforme à la présente invention. Ces courbes sont tracées en regard d'une échelle hori- zontale représentant la dureté Brinell et d'une échelle verticale représentant des m-Kg Charpy à -40 C. La figure 1 compare ainsi graphiquement la résistance aux chocs des éprouvettes provenant des deux charges.
Il est clair que les valeurs de la résistance aux chocs des pièces coulées obtenues à partir de la charge n 2 sont beaucoup plus élevées que les valeurs correspondantes des piè- ces coulées obtenues à partir de la charge n 1 auxquelles on n'a pas ajouté de métaux de terres rares.
Il est à remarquer que la susceptibilité au déchirement à chaud de l'acier coulé à partir de la charge n 2 est beaucoup moins forte que celle de l'acier coulé à partir de la charge n 1 qui ne contient pas de métaux de terres rares. Cette caractéris- tique de l'acier obtenu suivant l'invention ressortira mieux de l'exemple n 3.
EXEMPLE 2.-
EMI8.1
<tb> On <SEP> coule <SEP> deux <SEP> charges <SEP> présentant <SEP> les <SEP> analyses <SEP> suivantes:
<tb>
<tb> Charge
<tb>
EMI8.2
N C Mn. P S Si
EMI8.3
<tb> 3 <SEP> ,34 <SEP> 1,57 <SEP> ,016 <SEP> ,036 <SEP> ,41
<tb>
<tb> 4,32 <SEP> 1,68 <SEP> ,014 <SEP> ,031 <SEP> ,51
<tb>
On calme la charge n 3 dans un four basique à induction de la façon habituelle en ajoutant 1,25 kg d'aluminium. par tonne métrique de charge, et on ajoute ensuite 1,50 kg de "Graphidox" par tonne métrique de charge. Le "Graphidox" est un mélange com- mercial qui contient du silicium., du titane et du calcium, par exemple, dans les proportions suivantes : 51,40 Si ; 9,71 Ti; et 5,95 Ca.
On calme également une charge n 4 dans un four basique à induction en ajoutant 0,75 kg d'aluminium par tonne métrique de charge, et on ajoute ensuite 1,50 kg de "Graphidox" par tonne mé- trique de charge, et finalement 1,00 kg du mélange décrit plus haut de métaux de terres rares par tonne métrique de charge.
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La présence d'azote soluble est critique dans l'alliage, On a découvert que la teneur en azote soluble ne doit pas dépasser environ 0,006%. On peut obtenir cette limite en ajoutant du',titane avant d'ajouter les métaux de terres-rares. On a également découvert que la teneur en hydrogène ne doit pas dépasser environ quatre parties par million. On a, avec succès, abaissé la teneur en.hy- drogène à cette valeur en ayant une vitesse d'ébullition du. car- bone élevée, d'au moins 30 unités par heure. Tout autre dispositif servant à enlever de l'hydrogène donnera évidemment satisfaction.
On prélève des éprouvettes de blocs d'essai standard coulés à partir de ces charges et on recuit les éprouvettes à 898,9 C pendant 20 minutes. On trempe toutes les éprouvettes à 510,0 C pendant deux heures et on les refroidit à l'air. On vieillit des barres de traction à 287,8 C pendant trois heures après l'usinage.
Les résultats individuels obtenus sur la barre de trac- tion et les éprouvettes Charpy, identifiés par le numéro de la' charge auquel sont ajoutés des symboles alphabétiques, sont repris dans le tableau II donné plus loin, dans lequel les différentes colonnes ont la signification suivante : la colonne 1 représente le rendement en kg/mm2; la colonne II représente la résistance à la tension en kg/mm2 ; la colonne III représente le pourcentage d'allongement; la colonne IV représente le pourcentage de réduction de section ; la colonne V représente des m-Kg Charpy à température ambiante; la colonne VI représente des m-Kg Charpy à -40 C.
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EMI10.1
<tb>
Charge
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> n <SEP> I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3A <SEP> 49,5 <SEP> 70,8 <SEP> 26,5 <SEP> 51,9 <SEP> 6,6-6,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3B <SEP> 48,9 <SEP> 65,9 <SEP> 25,5 <SEP> 49,2 <SEP> 6,8-6,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3C <SEP> 48,9 <SEP> 70,7 <SEP> 27,0 <SEP> 53,8 <SEP> 6,6-6,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3D <SEP> 49,8 <SEP> 70,8 <SEP> 27,0 <SEP> 54,1 <SEP> 6,2-6,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4A <SEP> 52,9 <SEP> 71,9 <SEP> 26,5 <SEP> 62,8 <SEP> 6,4-7,1 <SEP> 2,5-2,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4B <SEP> 50,6 <SEP> 72,0 <SEP> 28,0 <SEP> 62,6 <SEP> 7,1-6,4 <SEP> 3,2-3,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4C <SEP> 49,4 <SEP> 72,1 <SEP> 27,5 <SEP> 60,1 <SEP> 7,2-6,6 <SEP> 3,0-3,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4D <SEP> 50,5 <SEP> 72,1 <SEP> 28,5 <SEP> 64,2 <SEP> 6,9-7,5 <SEP> 2,8-2,
2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4E <SEP> 48,9 <SEP> 72,2 <SEP> 27,5 <SEP> 64,0 <SEP> 7,1-6,6 <SEP> 3,2-3,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4F <SEP> 51,3 <SEP> 71,9 <SEP> 28,5 <SEP> 60,8 <SEP> 7,6-8,0 <SEP> 3,3-3,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4G <SEP> 50,6 <SEP> 72,7 <SEP> 28,0 <SEP> 64,0 <SEP> 7,5-6,4 <SEP> 3,5-3,0
<tb>
Les inclusions de la charge n 3 sont cristallines et la structure est une structure de ferrite et de perlite uniforme.
La charge n 4 à laquelle ont été ajoutésles métaux de terres rares contient des inclusions duplex pratiquement rondes. On trouve quelque. inclusions cristallines roses, normalement présentes dans des
EMI10.2
aciers traités au titane, parce que l'addition de tGraphidoxt contient un peu de titane. Il est intéressant de noter que les métaux de terres rares sont capables de transformer les inclusions cristallines normales en inclusions du type rond,mais n'ont pas d'effet sur les inclusions cristallines roses associées aux aciers traités au titane.
On trouvera ci-après un résumé de la moyenne des pro- priétés physiques, les différentes colonnes ayant la même signifi- cation que pour le tableau II.
Tableau III.
EMI10.3
<tb>
Charge <SEP> ? <SEP> I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI
<tb>
EMI10.4
3 49,2 70,5 26,5 52e2 6,5 4 50,6 72,1 278 62,6 7,0 2,9
On a à nouveau remarqué que la susceptibilité au déchire- ment à chaud de l'acier produit par la charge 4 est beaucoup moins élevée que celle de l'acier produit par la charge n 3 auquel les métaux de terres rares n'ont pas été ajoutés. Cependant l'exemple n 3 suivant décrit une série de charges et d'essais visant à déter- miner avec précision l'.effet des métaux de terres rares sur la susceptibilité au déchirement à chaud de ce type d'acier.
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EXEMPLE 3 . -
On coule les charges suivantes présentant les analyses spécifiées. On calme chaque charge dans un four à induction basique, en ajoutant 0,75 kg d'aluminium par tonne métrique de charge; et on ajoute ensuite 0,50 kg du mélange décrit plus haut de métaux de terres rares par tonne métrique de charge, et finalement 1,5 kg de Ca - Si - Mn par tonne métrique de charge.
EMI11.1
<tb>
Charge
<tb>
<tb> n <SEP> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F5 <SEP> ,31 <SEP> 1,67 <SEP> ,015 <SEP> ,031 <SEP> ,38
<tb>
<tb>
<tb> F6 <SEP> ,29 <SEP> 1,54 <SEP> ,017 <SEP> ,032 <SEP> ,38
<tb>
<tb>
<tb> F7 <SEP> ,30 <SEP> 1,61 <SEP> ,016,030 <SEP> ,41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F8 <SEP> ,31 <SEP> 1,59 <SEP> ,015 <SEP> ,030 <SEP> ,42
<tb>
<tb>
<tb> F9 <SEP> ,32 <SEP> 1,61 <SEP> ,015 <SEP> ,033 <SEP> ,46
<tb>
<tb>
<tb> F10 <SEP> ,32 <SEP> 1,62 <SEP> ,016 <SEP> ,032 <SEP> ,36
<tb>
<tb>
<tb> Fll <SEP> ,30 <SEP> 1,64 <SEP> ,017 <SEP> ,031 <SEP> ,47
<tb>
<tb>
<tb> F12 <SEP> ,31 <SEP> 1,54 <SEP> ,016 <SEP> ,027 <SEP> ,45
<tb>
<tb>
<tb> F13 <SEP> ,31 <SEP> 1,57 <SEP> ,014 <SEP> ,031 <SEP> ,50
<tb>
On coule également les charges suivantes présentant les analyses spécifiées, et le processus est identique à celui des ,
charges mentionnées plus haut et citées dans cet exemple, excepté qu'on ajoute 1,00 kg du mélange de métaux de terres rares par tonne métrique de charge.
EMI11.2
<tb>
Charge
<tb> n <SEP> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si
<tb>
<tb> F14 <SEP> ,30 <SEP> 1,62 <SEP> ,015 <SEP> ,030 <SEP> ,47
<tb>
EMI11.3
E15 ,30 '1,6 ,015 ,032 ,À.l; F16 31, '1,33 ,015 ,028 ,±8
EMI11.4
<tb> F17 <SEP> ,32 <SEP> ' <SEP> 1,34 <SEP> ,016 <SEP> ,022 <SEP> ,49
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F18 <SEP> ,32 <SEP> 1,67 <SEP> ,015 <SEP> ,028 <SEP> ,42
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F19 <SEP> ,31 <SEP> 1,62 <SEP> ,015 <SEP> ,036 <SEP> ,49
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F20 <SEP> ,33 <SEP> 1,67 <SEP> ,016 <SEP> ,034 <SEP> ,48
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F21 <SEP> ,31 <SEP> 1,59 <SEP> ,014 <SEP> ,033 <SEP> ,43
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F22 <SEP> ,34 <SEP> 1,72 <SEP> ,017 <SEP> ,033,36
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F23 <SEP> ,30 <SEP> 1,72 <SEP> ,018 <SEP> ,032 <SEP> ,46
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F24 <SEP> ,25 <SEP> 1,72 <SEP> ,017 <SEP> ,031 <SEP> ,
45
<tb>
La susceptibilité au déchirement à chaud des pièces cou- lées obtenues à partir de ces charges a été essayée en coulant à partir de chaque charge un cylindre à point chaud dont la paroi a 6 mm d'épaisseur. On utilise le même processus de fusion pour toute les charges, et on fabrique tous les noyaux critiques exactement de la même façon et avec le même mélange.
,Les résultats obtenus apparaissent dans le tableau
EMI11.5
.9uivant,,:
<Desc/Clms Page number 12>
Tableau IV
EMI12.1
<tb> Charge <SEP> -Température <SEP> de <SEP> Contraction <SEP> du <SEP> Chiffre <SEP> d'estimation
<tb>
<tb> n <SEP> l'acier <SEP> pénétrant <SEP> diamètre <SEP> inté- <SEP> du <SEP> déchirement <SEP> à
<tb>
<tb> dans <SEP> le <SEP> moule <SEP> rieur <SEP> en <SEP> % <SEP> chaud
<tb>
EMI12.2
¯¯¯¯¯¯¯¯M¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI12.3
<tb> 5 <SEP> 1640,6 <SEP> 0,88 <SEP> 1-1/2
<tb>
<tb> 6 <SEP> 1585,0 <SEP> 0,85 <SEP> 5
<tb>
<tb> 7 <SEP> 1598,9 <SEP> 0,78 <SEP> 2
<tb>
<tb> 8 <SEP> 1493,3 <SEP> 0,80 <SEP> 2
<tb>
<tb> 9 <SEP> 1607,2 <SEP> 0,78 <SEP> 3 <SEP> '
<tb>
<tb> 10 <SEP> 1640,6 <SEP> 0,67 <SEP> 4
<tb>
<tb> 11 <SEP> 1560,0 <SEP> 4
<tb>
<tb> 12 <SEP> 1654,4 <SEP> - <SEP> 0
<tb>
<tb> 13 <SEP> 1543,3 <SEP> 0,
56 <SEP> 1-1/2
<tb>
<tb> 14 <SEP> 1610,0 <SEP> 0,86 <SEP> 1
<tb>
<tb> 15 <SEP> 1568,4 <SEP> 0,76 <SEP> 2
<tb>
<tb> 16 <SEP> 1535,5 <SEP> 0,70 <SEP> 1
<tb>
<tb> 17 <SEP> 1523,9 <SEP> 0,70 <SEP> 1/2
<tb>
<tb> 18 <SEP> 1598,9 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 0
<tb>
<tb> 19 <SEP> 1618,3 <SEP> 0, <SEP> 67 <SEP> 2-1/2
<tb>
<tb> 20 <SEP> 1507,2 <SEP> 0,63 <SEP> 2-1/2
<tb>
<tb> 21 <SEP> 1640,6 <SEP> 0,60 <SEP> 2
<tb>
<tb> 22 <SEP> 1568,4 <SEP> 0,53 <SEP> 1/2
<tb>
<tb> 23 <SEP> 1593,3 <SEP> 0,25 <SEP> 5-1/2
<tb>
<tb> 24 <SEP> 1518,3 <SEP> 0,65 <SEP> 1
<tb>
Sur la figure 2 ces résultats sont comparés graphiquement en étant reportés en regard d'une échelle horizontale représentant des températures en C et une échelle verticale représentant le chiffre d'estimation du déchirement à chaud.
Sur cette figure, la courbe inférieure donne les résultats pour les séries de charges F 14 à F 24 (toutes deux incluses), ces charges étant celles de l'alliage d'acier auquel on a ajouté 1,00 kg de métaux de terres rares. La courbe médiane montre les résultats pour les charges F 5 à F 13 (toutes deux incluses), qui contiennent 0,5 kg de métaux de terres rares. Finalement, la courbe supérieure montre les ré- sultats pour des aciers de composition semblable mais ne contenant pas de métaux de terres rares.
Les essais sur'la base desquels ont été établies les estimations du déchirement à chaud ont été effectués comme suit :
On coule de l'acier provenant de chaque charge dans un moule pour former un cylindre comportant une protubérance exté- rieure qui s'étend de bout en bout du cylindre. Après avoir re- froidi le cylindre coulé à la température ambiante, on le retire du moule et on compare visuellement toute trace de déchirement à
<Desc/Clms Page number 13>
chaud dans la protubérance avec un cylindre coulé standard obtenu de la même façon. On désigne les échantillons standard numérique- ment en proportion directe à l'importance du déchirement à chaud qu'ils présentent.
Ainsi un chiffre 0 indique l'absence de déchi- rement à chaud, et un chiffre 1 indique un léger déchirement à. chaud, tandis qu'un chiffre 5 indique un déchirement à chaud im- portant.
EMI13.1
EXEHPLE 4.-
On produit 30 tonnes métriques de la charge suivante dans un four basique à foyer ouvert, présentant l'analyse suivante :
EMI13.2
<tb> Charge
<tb>
<tb> n <SEP> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo
<tb>
EMI13.3
25 z27 l,20 016 , ,019- ,36. 1,05 bzz ,67
On calme la charge dans le four en y ajoutant un mélange de Si - Mn et on la coule. Lorsque le creuset est rempli approximati- vement au quart, on ajoute 0,75 kg d'un mélange de Ca - Si par tonne métrique de charge, et ensuite du ferrosilicium et du ferro- manganèse pour le réglage.
Lorsque le creuset est rempli environ au tiers,on immerge dans le bain 1,00 kg du mélange de métaux de terres rares décrit plus haut par tonne métrique de charge, et lorsque le creuset est rempli environ à moitié,on ajoute 1,00 kg d'aluminium par tonne métrique de charge. Finalement, lorsque
EMI13.4
le creuset est rempli environ aux 5/8, on ajoute 0,'i5 kg d'un mé- lange de Ca - Si par tonne métrique de charge.
On coule l'acier en fusion dans des moules de manière à former des blocs de barres d'essai comportant dès masselottes que l'on ramollit à 676,6 C pendant 1 1/2 heure, on usine ensuite des chevilles hors des masselottes, ou les fixe à des blocs Charpy de 10,16 cm et 5,08 cm, et on les soumet ensuite aux traitements ther- miques suivants :
EMI13.5
<tb> 926,67 C <SEP> 10 <SEP> heures <SEP> / <SEP> refroidi <SEP> à <SEP> l'air
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 857,22 C <SEP> 2 <SEP> " <SEP> trempé <SEP> dans <SEP> l'eau
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> recuit <SEP> 2 <SEP> " <SEP> trempé <SEP> dans <SEP> l'eau
<tb>
-Les températures de trempe pour les différents blocs sont données dans le tableau suivant :
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
<tb> Bloc <SEP> n <SEP> Température <SEP> Dimension <SEP> de <SEP> la <SEP> section <SEP>
<tb>
<tb> 25-A <SEP> 629,45 C <SEP> 10,16 <SEP> cm
<tb> 25-B <SEP> 593,33 C <SEP> 10,16 <SEP> cm
<tb> 25-C <SEP> 665,56 C <SEP> 10,16 <SEP> cm
<tb> 25-D <SEP> 629,45 C <SEP> 5,08 <SEP> cm
<tb> 25-E <SEP> 629,45 C <SEP> 10,16 <SEP> cm
<tb> 25-F <SEP> 665,56 C <SEP> 10,16 <SEP> cm
<tb>
EMI14.2
25-il c29,l.5 C 5,08 cra.
Après le traitement thermique final, on enlevé les che- villes des blocs et on fait des lectures de dureté du procédé standard utilisant des lectures Rockwell "C" et Brinell. Les résultats obtenus sont les suivants :
Tableau V.
EMI14.3
Bloc n Lectures Rocl{'"lel1 "C" du centre à la surface.
25-A 2$,5-27,5-z$,5-27-z'ï-z$,5-z$-27,5-z$-2$-27,5 -z7-z$-z$,5 25-B 31,0-31-30,5-31,5-30,0-31,5-31-31¯31¯30,5-305-
EMI14.4
<tb> 30,5-30,5-30,5
<tb>
<tb> 25-C <SEP> 23-22-23,5-23,5-23-23-23,5-22,5-22,5-23-24-23,5-
<tb>
<tb> 23,5-23,5
<tb>
EMI14.5
25-D 28,5-28,5-27,5-2$-27,5-27,5-27,5
EMI14.6
<tb> 25-E <SEP> 28-28-28,5-28,5-29-29-28-29-28-29-28-28-29-28
<tb>
<tb> 25-F <SEP> 24-23,5-24-23-23,5-24,5-23-24-24-24-24-23,5-24-23-24
<tb>
EMI14.7
25-G 29-z$-z$,5-z$,5-z',5-z$,5-z$,5 Bloc n Direct Rocktvell ltCt1 convertis Moyenne
EMI14.8
<tb> Brinell <SEP> en <SEP> Brinell.
<SEP> Brinell
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-A <SEP> 273 <SEP> 277 <SEP> 275
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-B <SEP> 293 <SEP> 299 <SEP> 29b
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-C <SEP> 248 <SEP> 249 <SEP> 249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-D <SEP> 273 <SEP> 276 <SEP> 275
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-E <SEP> 277 <SEP> 280 <SEP> 278
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-F <SEP> 248 <SEP> 250 <SEP> 249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25-G <SEP> 277 <SEP> 280 <SEP> 278
<tb>
On prélève ensuite des éprouvettes Charpy de la section centrale de chaque cheville. Les résultats obtenus sont les suivants,
Tableau VI.
EMI14.9
<tb>
Bloc <SEP> n <SEP> Moyenne. <SEP> Charpy <SEP> -40 C
<tb>
EMI14.10
¯¯¯¯¯¯¯ Brinell ¯¯¯¯¯¯¯mKg¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ 25-A 275 s4-6-3-7 -- 9,5
EMI14.11
<tb> 25-B <SEP> 296 <SEP> 7,5-7,6-7,5-7,3 <SEP> -- <SEP> 7,5
<tb>
<tb> 25-C <SEP> 249 <SEP> 9,5-9,7-9,3-9,5 <SEP> -- <SEP> 9,5
<tb>
EMI14.12
25-D 275 8,-8,-9,3-9,0 -- 8,8
EMI14.13
<tb> 25-E <SEP> 278 <SEP> 8,0-7,9-8,3-8,3 <SEP> -- <SEP> 8,1
<tb>
<tb>
<tb> 25-F <SEP> 249 <SEP> 9,4-9,1-9,1- <SEP> x <SEP> -- <SEP> 9,4
<tb>
<tb>
<tb> 25-G <SEP> 278 <SEP> 7,7-7,5-8,3-8,0 <SEP> -- <SEP> 7,9
<tb>
La moyenne des résultats de ces essais, ainsi qu'une comparaison de ces résultats avec des exigences standard pour des
<Desc/Clms Page number 15>
aciers présentant des analyses en substance identiques, auxquels on n'a p as ajouté de métaux de terres rares,
sont montrées par les tableaux suivants qui font clairement ressortir que les va- leurs de la résistance aux chocs de l'acier produit par cette charge sont étonnamment élevées par rapport aux valeurs obtenues norma- lement.
Tableau VII.
EMI15.1
<tb>
Dimension <SEP> en <SEP> Brinell <SEP> Charpy <SEP> -40 C <SEP> spécifications <SEP> % <SEP> Amé-
<tb>
EMI15.2
coue rruC obtenus données liora;3 10,16 cm 249 4,6 9, 5 4,9 107% 10,J.b cm 275 3, z, 5 4, 130%
EMI15.3
<tb> 10,16 <SEP> cm <SEP> 296 <SEP> 2,9 <SEP> 7,5 <SEP> 4,6 <SEP> 159%
<tb>
<tb> 5,08 <SEP> cm <SEP> 275 <SEP> 3,7 <SEP> 8,8 <SEP> 5,1 <SEP> 138%
<tb>
EMI15.4
10,16 cm 249 4, 6 z2 ., 6 100ex
EMI15.5
<tb> 10,16 <SEP> cm <SEP> 278 <SEP> 3,6 <SEP> 8,1 <SEP> 4,5 <SEP> 125%
<tb>
<tb> 10,16 <SEP> cm <SEP> 313 <SEP> 2,1 <SEP> 6,5 <SEP> 4,4 <SEP> 210%
<tb>
<tb> 5,08 <SEP> cm <SEP> 278 <SEP> 3,6 <SEP> 8,0 <SEP> 4,4 <SEP> 122%
<tb>
EXEMPLE 5.-
Les charges reprises dans cet exemple ont été produites pour déterminer l'effet de l'addition de métaux de terres rares sur la fluidité de l'acier en fusion,
attendu que des tentatives qui ont été faites pour obtenir de l'acier à grain fin contenant très peu ou pas d'inclusions oblongues ont abouti à un acier pos- sédant une fluidité fortement réduite, ce qui constitue une carac- téristique indésirable pour la production de pièces coulées satis- faisantes.
On a préparé les charges suivantes dans un four à in- duction basique dans lequel on calme l'acier en fusion en ajoutant
EMI15.6
d'abord 1, 25 kg d'alwminié par tonne métrique de charge et en- suite 1,50 kg d'un mélange de Ca -Si - Mn par tonne métrique de charge. On coule l'acier provenant de chaque charge dans un moule contenant un passage en spirale relié au chena.l, et le tableau suivant montre la fluidité de l'acier et sa température d'entrée.
On essaie la fluidité en mesurant le nombre de pouces ou de centi- mètres que le métal en 'fusion a parcouru dans le passage en spi- rale.
<Desc/Clms Page number 16>
Tableau VIII.
EMI16.1
<tb>
Charge
<tb>
<tb> n <SEP> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si <SEP> Additions <SEP> Température <SEP> à <SEP> Fluidité
<tb>
<tb> l'entrée <SEP> du <SEP> dans <SEP> la
<tb>
<tb> moule <SEP> spirale
<tb>
EMI16.2
¯¯¯¯ ¯¯¯ ¯¯ ¯¯ ¯¯¯ ¯¯¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ C cm) 26 ,30 1,66 ,018 ,030 ,47 1,25 kcrs.A1 1532;
20C 44,5 27 ,30 1,63 ,018 ,032 e46 1,50 kms 1532,2 C 52,1 28 ,31 1,67 ,018 ,032 ,46 Ca-.2-Si 1554,/, C 58,4
EMI16.3
<tb> 29 <SEP> ,30 <SEP> 1,66 <SEP> ,014 <SEP> ,032 <SEP> ,44 <SEP> 1576,7 C <SEP> 68,6
<tb>
<tb>
<tb> 30 <SEP> ,32 <SEP> 1,62 <SEP> ,015 <SEP> ,031 <SEP> ,40 <SEP> 1587,8 C <SEP> 72,4
<tb>
<tb>
<tb> 31 <SEP> ,31 <SEP> 1,63 <SEP> ,015 <SEP> ,033 <SEP> ,42 <SEP> 1590,6 C <SEP> 73,7
<tb>
<tb>
<tb> 32,30 <SEP> 1,62 <SEP> ,018 <SEP> ,032 <SEP> ,40 <SEP> 1598,9 C <SEP> 78,7
<tb>
On produit les charges suivantes dans un four à induction basique dans lequel on calme d'abord l'acier en ajoutant 0,75 kg d'aluminium. par tonne métrique de charge; on ajoute ensuite 1,00 kg du mélange de métaux de terres rares décrit plus haut ; on ajoute encore 1,50 kg d'un mélange de Ca - Si - Mn par tonne mé- trique de charge.
On essaie la fluidité de l'acier comme décrit plus haut, et les résultats sont donnés dans le tableau suivant :
Tableau IX.
EMI16.4
<tb>
Charge <SEP> C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S <SEP> Si <SEP> Additions <SEP> Température <SEP> à <SEP> Fluidité
<tb>
<tb> n <SEP> l'entrée <SEP> du <SEP> dans <SEP> la
<tb>
EMI16.5
¯¯ ¯ ¯ ¯¯ ¯ ¯¯ ¯¯¯¯¯¯¯¯ moule. C spirale .(cr;.
EMI16.6
<tb>
33 <SEP> ,29 <SEP> 1,59 <SEP> ,016 <SEP> ,033 <SEP> ,47 <SEP> ,75 <SEP> kms.Al <SEP> 1529,5 C <SEP> 53,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 34 <SEP> ,28 <SEP> 1,60 <SEP> ,016 <SEP> ,033 <SEP> ,46 <SEP> 1,50 <SEP> kms. <SEP> 1537,8 C <SEP> 61,0
<tb>
<tb>
<tb> Ca-Mn-Si
<tb>
<tb>
<tb> 35,31 <SEP> 1,62,016 <SEP> ,031 <SEP> ,46 <SEP> 1,00 <SEP> kms.
<SEP> 1546,1 C <SEP> 66,0
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> mélange <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> métaux <SEP> de <SEP> ter-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> res <SEP> rares
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 36 <SEP> ,26 <SEP> 1,59 <SEP> ,016 <SEP> ,033 <SEP> ,45 <SEP> 1568,4 C <SEP> 71,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 37 <SEP> ,31 <SEP> 1,62 <SEP> ,016 <SEP> ,032 <SEP> ,47 <SEP> 1587,8 C <SEP> 77,5 <SEP> ' <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 38 <SEP> ,31 <SEP> 1,62 <SEP> ,016 <SEP> ,033 <SEP> ,43 <SEP> 1593,3 C <SEP> 78,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 39 <SEP> ,28 <SEP> 1,62 <SEP> ,016 <SEP> ,033 <SEP> ,45 <SEP> 1604,4 C <SEP> 76,2
<tb>
Les moules utilisés pour essayer les différentes charges sont identiques.
Les résultats moyens sont montrés sur la figure 3 qui comporte deux graphiques reportés en regard d'une échelle hori- zontale des températures à l'entrée du moule exprimées en C et d'une échelle verticale de la longueur de la spirale exprimée en cm. Le graphique supérieur oui concerne les petits cercles ouverts représente les résultats des essais de fluidité effectués sur un acier auquel on a ajouté les métaux de terres rares, c'est-à-dire les résultats montrés dans'le tableau IX. Le graphique inférieur
<Desc/Clms Page number 17>
qui concerne les cercles noirs représente les résultats des essais de fluidité effectués sur des aciers de composition semblable mais qui ne contiennent pas de métaux de terres rares.
On voit que la fluidité de l'acier auquel on a ajouté les métaux de terres rares est de beaucoup supérieure à celle des aciers pratiquement iden- tiques obtenus exactement de la même façon mais ne contenant pas les métaux de terres rares.
EXEMPLE 6 . -
Les données des essais esquissées dans les tableaux
X - XII ont été obtenues sur une plaque d'acier trempée et recuite à tension élevée contenant plusieurs alliages ainsi que 0,15 de carbone, et 0,17 de soufre. Les résultats "traités" ont été obtenus à partir d'un gros lingot traité avec 0,87 kg par tonne métrique de métaux de terres rares ajoutés sous forme de petites billes après désoxydation jusque une teneur inférieure à 0,007% de la teneur totale en oxydes. Le lingot "non traité" est identique à celui obtenu à partir de la même charge travaillée de la même façon à l'exception du traitement des terres rares. Aucune réduc- tion du soufre ne se produit à partir du traitement des terres rares. Tous les essais ont été effectués sur une plaque de 2,54 cm.
Tableau X
EMI17.1
<tb> Entaille <SEP> Charpy <SEP> en <SEP> V.
<tb>
(en <SEP> mKg-moyennes)
<tb>
<tb> C <SEP> non <SEP> traité <SEP> traité <SEP> Amélioration
<tb>
<tb> -12,22 <SEP> 3,3 <SEP> 5,3 <SEP> 61%
<tb> transversal <SEP> -40,0 <SEP> 2,8 <SEP> 4,4 <SEP> 57%
<tb>
EMI17.2
z67 2, 4 3,' 54l Tableau XI
EMI17.3
<tb> Entaille <SEP> Char <SEP> en <SEP> V.
<tb>
<tb> (en <SEP> mKg-moyennes)
<tb>
EMI17.4
C non traité traité 1-li-aéll,.o ration -12,22 9,7 15,.
59% longitudinal -,.0, 0 10, 0 ll, 5 45%
EMI17.5
<tb> -56,67 <SEP> 8,0 <SEP> 10,0 <SEP> 75%
<tb>
<tb>
<tb> TEMPERATURE <SEP> DE <SEP> TRANSITION
<tb>
<tb>
<tb> Non <SEP> traité- <SEP> 87,78 C <SEP> 2,2 <SEP> mKg
<tb>
<tb> LCA <SEP> traité <SEP> -112,78 C <SEP> 2,5 <SEP> mKg
<tb>
<Desc/Clms Page number 18>
On utilise l'entaille Charpy en V pour une température de transition suivant un procédé donné dans les travaux de Asti, Vol. 47, 1955, pp. 135-153 "Propriétés de résistance à la traction et aux chocs des Martensites à teneur en carbone peu élevée; C.C.
Busby, M.F. Hawks, et H.S. Paxton.
En examinant soigneusement les tableaux donnés plus haut, on voit que l'alliage de la présente invention possède des pro- priétés de résistance aux chocs à basse température qui sont de beaucoup supérieures à -40 C à celles des alliages utilisés jusqu'à présent pour la fabrication de blindages coulés et l'équivalent.
Les tableaux montrent également que la réduction de surface est améliorée de 20% minimum. Il apparaît également que l'amélioration qui résulte de l'utilisation de ces alliages permet des réductions significatives des quantités des éléments habituellement ajoutés à l'acier pour améliorer sa ténacité.
On croit que les propriétés inhabituelles de l'alliage d'acier de la présente invention et des pièces coulées obtenues à partir de cet alliage sont dues à l'effet des métaux de terres rares sur d'autres éléments contenus dans l'alliage. Des recherches n'ont pas indiqué de quelle nature ou de quel genre peut être cet effet, mais on croit cependant au'il y a un blocage et une suppres- sion de certains éléments et une accentuation de propriétés sou- haitables par rapport aux autres. Quoique cette théorie semble aoncorder avec les observations faites, la présente invention n'est liée à aucune théorie.
Le fait est que les alliages d'acier de la présente invention ont une résistance surprenante aux chocs à la température ambiante et à des températures inférieures et en même temps une résistance améliorée au déchirement à chaud et une meilleure fluidité, ce qui constitue une combinaison de carac- téristiques qui jusqu'à présent était considérée comme impossible.