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Traitement de métaux.
.La présente invention concerne le traitement de métaux et plus particulièrement des procédés pour éviter ou atténuer l'oxydation de la surface de produits manufacturés métalliques, tels que des billettes, des brames et des lingots, pendant les traitements thermiques qu'ils subissent.
Habituellement, dans les industries métallurgiques, les métaux sont soumis à divers traitements thermiques, par exemple en vue de les recuire et/ou de faire disparaître les tensions in- ternes, ou conjointement au façonnage à chaud. Pendant ces traitements thermiques, la surface du métal est particulière-
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ment susceptible d'être endommagée par les effets de l'oxydation, tels que la formation d'une couche d'oxyde à la surface du pro- duit manufacturé et/ou l'oxydation sélective d'un des constituants de l'alliage. Ce dernier phénomène se manifeste en particulier par la décarburation superficielle des aciers et autres alliages ferreux.
Les effets peuvent se manifester par la formation de calamine ou, dans le cas de la décarburation, par la formation d'une couche superficielle, dont les propriétés chimiques et physiques sont altérées, et qui, en conséquence, doit être élimi- , née par usinage, Les pertes de métal qui en résultent peuvent être importantes et, par conséquent, très onéreuses. Ainsi, une billette ou une brame d'acier,avant d'être laminée en rail ou en tôle, est habituellement introduite dans un four de traite- ment thermique où elle est chauffée uniformément. Ce four doit évidemment être ouvert pour extraire la billette ou la brame.
L'oxydation et éventuellement la décarburation se font à ce moment et la perte de métal, pour ces raisons, peut atteindre 3% en poids.
Il serait donc extrêmement important de pouvoir trouver des moyens permettant de protéger la surface du métal de l'oxydation atmos- phérique pendant les traitements'thermiques.
On sait que pour atténuer ces pertes par oxydation, les petits moulages sont soumis au traitement thermique qu'ils doivent subir dans une atmosphère inerte ou non oxydante de composition définie. Ce moyen est relativement efficace dans de nombreux cas et est souvent appliqué, mais sa généralisation présente de sé- rieux inconvénients. Une atmosphère non oxydante dont l'utilisa- tion est Évidente est une atmosphère d'azote, qui peut toutefois conduire à des effets secondaires indésirables, par exemple à la nitruration de l'acier. L'argon peut remplacer l'azote, mais est évidemment très onéreux.
En'tout cas, il faut recourir à un {qui- pement d'un prix élevé, par exemple à un appareil permettant de régler le débit de gaz et à des fours construits spécialement,
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dans lesquels l'air ne peut entrer par aspiration.
Les fours dont l'atmosphère peut être réglée conviennent pour chauffer des pro-
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duits ffiunutacturés de petites d1mensionsl tels que des outils, ] mais leur utilisation est impossible pour chauffer des produits manufactures de grandes dimensions, tels de billettes ou aes brames dont le poids peut atteindre plusieurs tormes. En outre, si le produit manufacturé métallique doit être retiré du tour, tandis qu'il est encore chaude par exemple en vue du laminage dans le cas d'une billette ou d'une brame, une oxydation rela- tivement importante peut encore se faire par exposition à l'at-
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mosphère.
Cela ±tant, d'autrea moyens protéger surface
Cola étant, d'autres Moyens de protéger la surface des produits manufactures Métalliques ont été proposas. Ainsi, il est connu d'appliquer une peinture sur la surface des pro- . duits manufacturas métalliques, avant de soumettre ceux-ci au traitement thermique. De telles peintures peuvent comprendre des
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matières subissant une oxyd;oi;1<>n pré.f( r'..:n t1011o (par ox<tt:1ple ! de l'aluminium en poudre;, du l'cJ'ro::llic;!.u:.1 ou du silicium) et sont destinées à être con>i:>..=<ifv;# par l'op'"1'l.1.t1on. D'autres pein- turesagissent par la. tor410D d'un ob5Laal physique entre l'ut- 1üt?s>ièfzre et la 7,,irfptce du :;. ta3- tn l'ih,1l1 ,1<: l'aptitude de 1<>ur> constituants à farser uu <,ù.;;iL par chhnffaga.
Les r.ntiôre$ uti- lisées dans iig I;.t,1.1e.s ,e.rataz .: :>ont des Mélanges da divers ;xy-- des réfractaire1 de iuiticrs, de silice et de verre pilé, Des matières subissant l'oxydation prlf6ren!.iiulle, dôjà citdee, ont été incorporées également aux compositions subissant la v1tr1fi- cation, Ces peintres classiques, qui sont appliquées en sacral, sur lE!, surface ù i,dl en ;'f,';
souche dii l'ororc de 3? :,9 son- lient des rsultat's plus ou M1n 8atsfints. outcaia, il at apparu qu'auewio dalles n'est capable d'atténuer de façon reproductible les pertes par oxydation dans une mosuro satistainante, bien que la quantité de métal perdu sous forme d'oxyde soit diminuée dans
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certains cas d'une valeur atteignant 70%. One diminution des pertes, même de cet ordre de grandeur n'est cependant pas satisfai- sante parce que l'oxydation résiduelle est inévitablement ac- compagnée, dans le cas des aciers, d'une décarburation superficiel- le nécessitant un usinage pour l'élimination de la couche décarburée.
Sous ce rapport, il convient de noter que lorsqu'une protection mécanique est recherchée, par exemple à l'aide d'un émail, il est important que la couche protectrice ne comporte pas de crevasses ou de piqûres à travers lesquelles l'oxydation et la décarburation s'étendraient sous l'émail loin au-delà des crevasses et des piqûres elles-mêmes.
L'invention a pour but de procurer une composition qui, appliquée sur des produits manufacturés métalliques à traiter, assure une protection sensiblement améliorée contre l'oxydation et la décarburation superficielles pendant le traitement thermique, de sorte que la quantité d'oxyde métallique encore formé est au maximum de 20% en poids de ce qu'elle serait en l'absence de pro- tection, c'est-à-dire qu'on évite les 4/5 des pertes normales, et ceci d'une manière reproductible. L'oxydation résiduelle est alors suffisamment faible pour qu'il soit inutile d'usiner la sur- face du métal pour éliminer les couches oxydées ou décarburées.
Des recherches et des essais en grand nombre ont permis d'établir que, pour avoir cette efficacité, une couche protectrice doit être capable de former sur le produit manufacturé métallique une couche continue imperméable aux gaz et adhérant fermement à la surface du métal.
On a découvert également que, pour une tem- pérature supérieure à environ 1100 C, la composition de revête- ment doit avoir une constitution telle que le revêtement appli- qué ne fonde- pas complètement pour former un émail, dont la couche se comporterait comme un véhicule ionique des oxydes métalliques, l'effet de fondant et la formation de calamine étant alors importants.
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Dans certains cas, ceci peut être plus gênant que sur un produit manu- factura analogue non traité. En outre, la composition utilisée pour former la couche doit, en pratique, avoir une fluidité telle qu'elle puisse être appliquée par pulvérisation, immersion., étendage à la brosse ou par d'autres procèdes classiques.
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invention a pour but de procurer un procède perfec- tionné pour traiter des billettes et des brames métalliques afin de réduire au minimum ou d'inhiber l'oxydation superficielle en utilisant de nouvelles compositions destinées à être appli- quées sur la surface du métal.
L'invention procure, à titre de noevelle composition de
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matière destinée à être appliquée sur la surface de brames, ,.: billettes et d'autres produits manufacturas Métalliques, une
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composition comprenant du ferrosilicium, une n.atita'e r(,fr.;4ctaire finement divisée eomprnnunt de l'hydroxyde d'aluminium, (,'.- une Matière 'ta-9,t:j.o fornaH:- K Fi>iaii. ..nverrt3,t, procure jgalertcnt ;3 procède' pour t:rhi&<;7 ''.'s brames, billettes et -.atrES produits manufacturas ;1<F1#ilî.<çJnr iß3..L.1'â d'atténuer ou d'inhiber 1.><;
xyiiuts,on superficielle pendant traitement '%-,her4lique, suivant lequel on appliqua sur la surface de ces proauits xanufacturs nitalli- ques une coucha d'une cc.apositlon comprenant du fsx'rosiliaiuny une r4.,fractaîre finesent divisée comprenant de l'hydroxyde d'aluminium, et une matière fusible formant un émail,cette compo- ) sition contient, en outre, de préférence, un fluorure, 'Il est généralement très avantageux d'appliquer les compositions ci'-dessus sous la forme de dispersions, de suspen- sions ou de bouillies et, pour cette raison, il est intéressant d'incorporer à la composition telle qu'elle doit être appliquée,
outre un véhicule liquide pour les constituants solides, un agent dispersant (c'est-à-dire un agent favorisant le maintien en suspension des constituants particulaires dans le véhicule liquide).
Souvent, il est intéressant aussi d'ajouter un adhésif aidant à
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fixer la couche sur la surface du métal.
Dans une forme particulière de réalisation de l'inven- tion, la composition comprend, en outre, des constituants réa- gissant exothermiquement les uns avec les autres,lorsque le métal revêtu est chauffa. Il s'est avéré que la fusion de la matière formant l'émail est ainsi facilitée et qu'on obtient de meilleurs résultat8. résultats.
On trouvera ci-après la description des divers consti- tuants de la composition.
Le ferrosilicium est un agent bien connu et ne doit pas être décrit davantage.
L'hydroxyde d'aluminium peut être le composé de formule Al(OH)3 ou une alumine hydratée comme la bauxite, Al2O3.3H2O.
L'hydroxyde d'aluminium ne peut être assimilé à l'alumine Al2O3, et il s'est avère que l'hydroxyde d'aluminium ne peut être remplacé avantageusement par l'alumine malgré le fait, que lors du chauffage, l'hydroxyde d'aluminium est probablement transformé en alumine. On est porté à croire que ceci est du à ce que l'alumine formée in situ est relativement plus réactive que l'alumine ajoutée telle quelle à la composition.
La matière réfractaire finement divisée autre que l'hy- droxyde d'aluminium, peut être, par exemple, de l'alumine, de la silice, par exemple de la silice pulvérulente, de la magnésie ou tout autre oxyde réfractaire ou bien un mélange de ces oxydes ou encore une autre matière réfractaire quelconque telle qu'un silicate réfractaire.
La matière fusible formant un émail peut être du verre pulvérisé ou une matière quelconque connue pour la fabrication des émaux céramiques. Ce sont, en général, des mélanges de silica- tes, de borates et de phosphates avec des oxydes métalliques, comme 1'oxyde de fer et l'oxyde de plomb. On peut utiliser égale-
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ment des constituants connus en sidérurgie pour la formation d'un laitier.
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lai t1er. Lorsque, comme dans le cas préfér, la composition se présente sous la torse d'une suspension, d'une dispersion ou d'une bouillie dans un véhicule liquide, on peut recourir à un véhicule liquide quelconque. L'eau est préférée, en général, pour des raisons de commodité et d'économie.
On peut utiliser d'autres liquides volatils ou inflammables quelconques, par
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exemple un alcool, mais ils sont, on g"i>lral, moins int-rcss&nts exemple alcoole ls sont, eti moins intrc'ssantn cause des risques d'incendie et d'explosion.
Logent dispersant peut être un agent classique quel-'
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conque, tai qu'une ,'.'m"';>'Î':.llon1tC' :1'; b<xL;>nlLe ou une Fxutre argile ou un eolloidû i n.qwe c c =r:,l'..û. : .ri. -,T"rthy.Ge3xl: sc ::.:od6e.. es adhésif \,, 1;.;, ß.'C3T.'(J",F.rL.tTk ¯ tuVE.ni: "tre GG:;âti.tUa3 par des I.;;j!h'.)' vU de" t. '; ine.s. ou .s r ae ces acnts. r.ai.';y4té3I",1 l'1t" .L"a., que li Lion cQnl..1f..tlne ier, con- i ..k:9.é3i.:3 .'t''i4,. L:s""'xüt:isé ,..';;.:,:,t;"l';:,iCii.1(;I;.",nt, eu utilise habituelle- 1 aenë U!.1C <:.ib>i±rnc.. ::.'I';.,nhl0 et un ,yy.7Ó."nt. L.... >v1 ; tunci, oxydable pct ët}".s '0,0", fe:'s'c'ji21'.!:; qui 1j,(.1 ou -1 I%e dans 4"" "'f.
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Cornue indiqué ci-dessus, il estsouvent préférable d'ajouter également une certaine quantité d'un fluerure, par exemple un fluorure alcalin ou alcalino-terreux, du
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fluorure d' f.lum1nium ou un fluorure ixixte coni:.c du flu-iruie de
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sodium et d'aluliu, ou du fluorure de potassium et d'iiluml- nlum, ou môw( un fluorure complexe co*xe un fluosilicatûj, un fluoborate ou un fluotitanate. Un fluorure tel que la cryolite réagit avec le ferrosilicium à environ 1150 C pour donner du
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silicium libre et on est porté à croire que celui-ci agit sur la surface du métal et forme une barrière contre la'décarburation des métaux ferreux.
En présence d'aluminium et d'un oxydant, le fluorure modère la réaction de ces constituants d'une manière connue.
L'hydroxyde d'aluminium peut représenter une partie ou la totalité du constituant réfractaire et représente, de prêté- rence, au moins 30% en poids du constituant réfractaire. Celui-ci représente, de préférence, 40 à Sa% et plus avantageusement 50 à 70% du poids de'la composition. La teneur en ferrosilicium peut varier dans de larges limites, mais est de préférence comprise entre 6 et 60% du poids de la composition.
La matière fusible formant un émail est utilisée de préférence à raison de 1 à 65% du poids de la composition et lorsque la composition de revête- ment doit résister à des températures élevées, avantageusement de 1 à 15% de ce poids, des proportions plus élevées peuvent être utilisées lorsque le revêtement ne doft résister qu'à des tempéra- tures moins élevées, par exemple de 700 à 1000 C et elles peuvent alors être de 10 à 50% en poids.
Le fluorure, par exemple la cryolite, lorsqu'il est présent dans la composition, est utilisé en proportions de 1 à 15% en poids.
Une composition préférée suivant l'invention comprend de l'hydroxyde d'aluminium, de la silice pulvérulente, du ferrosili- cium, du verre pilé et de la cryolite sodée ou potassée en propor- tions indiquées ci-dessus, ainsi que de la bentonite, par exemple en quantité 2 à 10% en poids, comme agent dispersant.
Un mélange de ces constituants peut être mis facilement en suspension dans l'eau en vue de l'immersion, de l'étendage à la brosse ou au tampon ou de la pulvérisation. Par exemple, 100 parties en poids du mélange de solides peuvent être dispersées dans 50 par- ties en poids d'eau afin de préparer une peinture applicable à la
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brosse,
L'exemple suivant illustre la présente invention.
EXEMPLE.
Les constituants suivants, passant au tamis à Mailles de 0,076 mm sont mélangés dans les proportions en poids indiquées :
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<tb> Hydroxyde <SEP> d'aluminium <SEP> 51,0 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Ferrosilicium <SEP> 27,0 <SEP> % <SEP>
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Silice <SEP> pulvérulente <SEP> 12,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bentonite <SEP> 5,5 <SEP> %
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<tb>
<tb> Verre <SEP> pilé <SEP> 2,0 <SEP> % <SEP>
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<tb> Cryolite <SEP> sodée <SEP> 2,0 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100,0 <SEP> % <SEP>
<tb>
On ajoute 60 parties en poids du mélange sec à 40 par- , ties en poids d'eau et on agite le mélange pour former une peinture.
Cette peinture, appliquée sur la surface de lingots d'acier, assure une protection contre la calamine à des températures de 800 à 1250 C, et est utilisée, de préférence, lorsque la température du traitement est de 950-1150 C,
Les compositions suivant la présente invention offrent les avantages de ne pas nécessiter de procédés de mélange compliqués,1 et de permettre le mélange et la conservation des constituants so- lides à l'état sec jusqu'au moment de leur utilisation. Le risque de détérioration propre à certaines préparations à base d'eau connues antérieurement est donc inexistant.
De plus, les compositions assu- rent une meilleure protection aux surfaces métalliques soumises à des traitements thermiques.
Des compositions semblables à celles de la présente invention peuvent être préparées en utilisant du carbura de sili- cium au lieu de l'hydroxyde d'aluminium utilisé suivant la présente invention. Toutefois, l'hydroxyde d'aluminium est moins onéreux que
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le carbure de silicium et a une action abrasive Moindre, de sorte qu'il provoque une usure moins importante des machines, par exem- ple des malaxeurs.
Il convient de noter que les compositions suivant l'in- vention peuvent être utilisées pour former une barrière entre une surface métallique et une atmosphère quelconque dans laquelle le métal doit être chauffé. Ainsi, il peut être nécessaire qu'une partie seulement de la surface d'un produit manufacturé métallique soit soumise à un traitement de carburation et dans ce cas la su- perficie qui ne doit pas être carburée peut être recouverte de la composition et le produit manufacturé peut être soumis en entier au traitement dans les conditions appropriées d'atmosphère et de température. La superficie couverte par la composition n'est pas carburée.
Les nouvelles compositions protectrices suivant l'in- vention peuvent donc être appliquées sur des billettes et des bra- mes qui doivent être chauffées avant de subir un travail à chaud.
Les compositions conviennent également pour protéger la surface de produits manufacturés métalliques finis qui doivent subir un trai- tement thermique, par exemple des outils façonnés et usinés à la dimension requise qui doivent encore subir un recuit, un revenu ou un autre traitement thermique.
REVENDICATIONS 1. - Composition protectrice destinée à être appliquée sur .la surface d brames, billettes et autres produits manufacturés métalliques, caractérisée en ce qu'elle contient du ferrosilicium, une matière réfractaire finement divisée comprenant de l'hydroxyde d'aluminium, et une matière fusible formant un émail.