CH246313A - Procédé de décarburation à l'état solide de pièces en acier et produit sidérurgique en résultant. - Google Patents

Description

  Procédé de     décarburation    à l'état solide de pièces en acier et     produit        sidérurgique     en résultant.         L'invention    comprend un procédé de     dé-          carburation    à l'état solide de pièces en acier,  d'une épaisseur pouvant aller     jusqq'à    2,5 mm,       caractérisé    en ce que les pièces sont tout  d'abord légèrement écrouies en vue de favori  ser,     lors    du     traitement        thermique        uiltérieur,    la       production    de très gros grains,

   et qu'elles       sont    chauffées en milieu décarburant, à une  température     telle    que     lesdites    pièces soient  portées dans la zone Fer     P        +        austénite    du  diagramme     fer-carbone,    la     température        étant          tautefoie        limitée    à celle, correspondant à la  formation -de     très    gros grains,

   (par exemple  grosseur     correspondant    à au     moins.    égal à       1/.1    de grain par cm' de d'image au microscope  sous un     .grossissement    de     100,        diamètres),    et  le traitement     thermique    étant     poursuivi    pen  dant un temps suffisant à assurer l'abaisse  ment de la     teneur    en carbone     jusqu'à        @0,02@%     au     plus,    les pièces étant finalement     soumisses     à un refroidissement lent.  



       L'invention    -comprend en outre un produit  sidérurgique     obtenu    par ledit     procédé        et          caractérisé    en ce qu'il est     décarburé    à     coeur,     contient une proportion .de carbone inférieure  à 0,02%, les     impuretés    habituelles de, l'acier,  Si, Mn, S, P, ce produit     présentant    en outre       une    faible limite élastique, une dureté très  faible,     une    grande perméabilité magnétique  et un faible     hystérésis.     



       S'il    est     relativement    facile de     décarburer     les feuillards d'acier     doux    très minces (de    l'ordre de 0,1 mm en     particulier)    par chauf  fage en     milieu    -décarburant, il a     été        jusqu'à          présent        très    difficile sinon impossible de,dé  carburer à     coeur    des tôles ou des     feuillards     atteignant 2,5 mm d'épaisseur;

   fa     décarbura-          tion        étant    considérée     comme        présentant        seule-          ment    des     effets    superficiels.  



  La     décarburation    selon l'invention     résulte     d'un appauvrissement graduel en carbone de  la phase     austénique,    dans le     système    uni  variant Fer     ,B        -f-        austénite    (voir     diagramme          représenté    au dessin     annexé),    l'absorption du  carbone     étant        produite    par un     milieu    exté  rieur décarburant.  



  La température du traitement     thermique     de     décarburation    est de     préférence        constante     d'un bout à l'autre pour maintenir stable  l'équilibre théorique du     système        univariant     Fer     P        -i-        austénite.     



  La     décarburation    et     l'absorption    du car  bone par le     milieu        décarburant    sont     facilitées     par la structure à très, gros grains qui dimi  nue les résistances     passives        ;lors    ,de la     ,diffu-          sion    du carbone d'un grain solide y au grain  voisin     -de    la même solution, appauvri par l'ac  tion extérieure ,du     millieu        décarburantt.     



       Cette    structure à très,     grosgraine        obtenue          lors    du traitement thermique     résulte        d'un          écrouissage    partiel des     pièces    avant traite  ment thermique.  



       L'écrouissage    sera     préférablement        obtenu     par laminage     .à,    froid, de telle façon que la      longueur     des    pièces     soit        augmentée    à 3 à 5  environ, ceci selon la nature des,     produits    à  obtenir.  



  Le traitement thermique de     décarburation     sera suivi d'un refroidissement dent, par  exemple de l'ordre .de moins .de     M'     par heure  environ et qui est prévu de façon qu'il dimi  nue encore la limite     élastique    -et la dureté,  tout en     globulant    les impuretés ou les consti  tuants non dissous, qui seraient     susceptibles     de provoquer     un,    durcissement.  



  Plus la     température    du     traitement    de     dé-          carburation    est     élevée,        p11us    rapide est la     dé-          carburation.        Toutefois,        cette        température    est  choisie de     façon    à rester inférieure à la ligne       G-D    du     diagramme        fer-carbone,    de façon à  ne pas provoquer, au refroidissement,

   par le       passage    de     l'état    y à l'état     P,    la transforma  tion des gros     grains    en grains fins, qui dé  truirait     les    qualités physiques (malléabilité et       propriétés        magnétiques)        recherchées.     



  La température de traitement est -de préfé  rence comprise entre 810 et $50 , l'expérience  montrant que     dans    ale domaine Fer     ,B        +        aus-          ténite,    la zone de grossissement     des    grains  est, dans la plupart des cas, comprise dans       cet    intervalle. Au     delà    de 850  C, il y a ten  dance à la     multiplication        .dés    bains.  



  Pour les     aciers    doux, il est avantageux  d'opérer à une température de     850"C    envi  ron.  



  La température de chauffage     est    natu  rellement fonction de la     teneur    en carbone de  l'acier traité et doit être     d'autant        plus.    faible  que l'on se rapproche de     l'eutectoide,        figuré     sur le dessin par le point D (carbone =     0,9,%).     La durée de chauffage, de son côté,     est    fonc  tion de la     quantité,de        carbone    et -de l'épais  seur de la     pièce,        cette    durée étant, par exem  ple,

   de 6 heures     pour    une     tôle    de 1 mm et de  12 à 15 heures pour une tôle -de 1,5 mm.  



  Le chauffage en milieu     décarburant    et  réducteur peut être réalisé par exemple dans  une atmosphère -de     CO/CO2    ou dans un gaz  ammoniacal craqué ou encore par contact avec  des produits     décarburants.     



  Il     .est    à noter que si, contrairement à !l'in  vention, on effectuait le chauffage dans la    zone austénitique, il serait     néanmoins    possible  d'obtenir la     décarburation,    mais au détriment  des qualités du produit au point de vue  malléabilité et propriétés     magnétiques,    par  suite de la non-existence d'une structure à  très gros grains.  



       D'ailleurs,    les     températures    de surchauffe  ne sont jamais recommandables en raison de  la cherté     de1'opération,    mais le     traitement    à       100ü     des     aciers    doux peut être envisagé, dans  les     cas    où il n'est pas     nécessaire    de     décarbu-          rer    complètement et où par contre une     texture     fine est     souhaitée.        Dans    ce cas,

   il n'est pas  nécessaire de refroidir lentement et la     vitesse     de refroidissement peut être comparable à  celle d'un refroidissement à l'air.  



  D'autre part, l'invention ne comprend pas  le traitement de pièces d'une     épaisseur    plus  grande que 2,5 mm, .la     décarburation    à     coeur     de ces pièces demandant trop !de temps.  



  Bien entendu, pour certaines applications,       on,    aura intérêt à partir de feuillards ou tôles  en nuances     d'aciers    aussi -douces que possible,  parmi les aciers habituellement     Ilaminési.    (En  général C ,sera     compris    entre 0,05 et     0,1%.)     Les     produits        sidérurgiques    obtenus par le  procédé de l'invention se     distinguent    :des, pro  duits en fer électrolytique par les     traces    :

  de  carbone qu'ils renferment et qui ne peuvent  pas être éliminées entièrement du fait que la  ligne de transformation     A-B-C    (représen  tant la     limite    de solubilité du carbure de fer       dans    le fer) ne coïncide pas avec l'ordonnée  Carbone = 0 %, ainsi que les impuretés habi  tuelles de l'acier que le procédé ne permet pas  d'éliminer.  



  Ces     produits        présentent        toutefois    l'avan  tage d'être obtenus par un procédé purement       thermochimique    et     relativement        économique,     et de     présenter    les     propriétés    remarquables  de malléabilité et les     propriétés        magnétiques     du fer pur.  



  Ces propriétés permettent d'utiliser ce  produit pour la confection de rondelles et  joints     d'étanchéité,    en remplacement du  cuivre et du laiton, de tubes à     conditionner     les pâtes en remplacement des tubes d'étain,           et-G.-    Au point de vue magnétique, la     haute     perméabilité et le faible     hystér6sis    de ce  métal permettent -de     nombreuses.        applications     dans     les        appareils,        électriques    à haute fré  quence, les     circuits    magnétiques de     moteurs,

       génératrices,     alternateurs,        transformateurs,     les noyaux de fer     doux,de        bobines,    relais, etc.  



  Enfin, ce procédé permet le reclassement  des aciers sous forme de tôles et feuillards,  par correction de leur teneur en carbone.  



  Pour la mise en     couvre    ,du procédé, il     n'est          pas    possible de     fixer,    d'une .manière     systéma-          tique,        toutes    les températures et     dûiées    de  chauffage pour toutes     les        nuances        d'aciers    et       toutes    les épaisseurs de tôles et feuillards,       r_:

  ais        les    considérations générales qui précè  dent et les     exemples    ci-après constitueront des       directives    générales et     -des        points    de repère  qui permettront, par     quelques    essais préala  bles, de choisir des     conditions        opératoires     optima.  



  En général     d'ailleurs,    on aura intérêt à  maintenir la     température    entre 800 et 8'50  C,  qui correspond     approximativement        aux        limites     de grossissement des     grainss     <I>Exemple I:</I>       Fabrication    -de     rondelles    et joints d'étan  chéité pour culasses de     moteurs.,    pompes, tur  bines,     bougies        d'allumage,    fabrication     @d'em-          badlages,    tubes, etc.  



  Acier Martin     effervescent.    - La compo  sition est de     préférence    la suivante:    C     @    0,10  Mn     #    0,80  Si     /    0,03  S      < \    0;03  P     /    0;02    L'acier Martin (ou électrique) donne tou  jours les meilleurs     résultats.     



  Cet acier doit subir un affinage, le meil  leur     possible.    En     particulier,    il ne faut pas  avoir, avant le     traitement    mentionné, de  structure     rubannée,    -c'est-à-dire de trace nette  de ségrégation pour le     carbone,    le soufre et  le phosphore. -    Au cas     où    la malléabilité ne devra pas  être     très    élevée, on pourra prendre l'acier  Thomas         C0,10     Mn 0,5'0  Si 0;08       S < 0;

  05     P 0,08    La valeur à     donner        initialement    à  l'     crouissage    est     très        importante    et sera  chaque fois un     car        d'espèce.    Pour     les    ron  delles, on prendra de 1 à 5 %, pour     les    tubes  de 10 à     15%.     



  En règle générale, il sera toujours préfé  rable de partir d'acier sous forme de tôles,  plutôt que de feuillards, à cause de la pré  sence de la     perlite    à l'état de     transformation,     plus     facille    à faire disparaître que la     perlite     globulaire (cas des feuillards).  



  Par conséquent, pour les     feuillards,    il est  bon, avant .le traitement     'décrit    ci-après, de  les normaliser,     c'est-à-dire        @de        recuire    à     915'C          pour    obtenir la     perlite    à     l'état,de    transforma  tion.

   Ce recuit     est    exécuté en vase     clos,.    en       atmosphère        ordinaire,    puis refroidissement  rapide     (c'est-à-dire    avec une     vitesse    de re  froidissement semblable à celle d'un     refroi-          dissement    à l'air).  



       Le        traitement    de     décarburation    -est prati  qué sous     atmosphère    spéciale à<B>850'</B> C pen  dant une durée:  .de     12    à 15 h. pour la     tôle    de
EMI0003.0103  
   de mm  à
EMI0003.0104  
   de mm;  de 6 h. pour la     tfe    de
EMI0003.0106  
   de     ,mm    à  
EMI0003.0108  
   .de .m m;

    de 4 h. pour une     épaisseur        -de   
EMI0003.0111  
   de     mm.     On peut opérer en atmosphère     décarbu-          rante,        CO/CO2    par     exemple.     



  On procède     ensuite    à un     refroidissement     lent (5  par heure en     caisse).    Le     défourne-          ment    est     possible    à partir dé     2010p    C.  



       Les        résultats        obtenus.    ont été pour l'acier  Martin     effervescent,    en ce -qui     concerne    la  teneur en carbone: C     "'    0;02.

   (Si on double  ou     triple        le    temps de     séjour,    on     obtient     C      <     0,02, c'est-à-dire qu'on peut tendre     vers         la     limite    de solubilité du carbure de fer dans  le Fer a,     limite    qui est voisine de     O,C06i%.)     Les propriétés mécaniques ont     été        les    sui  vantes, pour l'acier Martin effervescent:

    Limite     élastique:    E - 8 à 12     kg/mma;     Résistance à la     traction:        11=        2@5    à 28 kg/mm',       Allongement:    A     %    = 17 à 22.  



  La dureté     Rockwell    B est passée de  50-40 à 8 ou 0 pour un acier     Martin    possé  dant le minimum     d'impuretés.    Dans le cas  général, on a, comme dureté     Rockwell    B,  8à15.  



  Pour l'acier     Thomas,    on     obtient:       E - 12, à 15       .B    - 30 à 32  A - 110 à 15       Rockwell    B - 20 à 30    Pour ,les joints et     rondelles        d'étanchéité,    il  est     indispensable    d'avoir une     surface    polie ou       semi-polie.    De plus, pour avoir des produits  décapés, on peut employer un gaz à la fois  décarburant et réducteur. Si ces mêmes pro  duits doivent ultérieurement résister à la cor  rosion, on peut les zinguer ou les phosphater.

         Exemple   <I>II:</I>  Production d'aciers à haute     perméabilité     et faible     hystérésis.     



  Le métal de base est de préférence l'acier  Martin     effervescent    ayant     ales    mêmes     spécifi-          cations    que ci-dessus.  



  Le traitement est     1.e    même que précédem  ment, mais pour     toutes        épaisseurs.,    particu  lièrement pour des     épaisseurs        inférieures    à  
EMI0004.0038  
   on maintiendra la     température    pendant  un temps     suffisant    pour tendre     vers    le     mono-          cristal.    Les conditions de     surface    sont, dans  ce     cas,    indifférentes.

   On observera certaines  précautions générales, pour     éviter        l'hystérésis     (respecter le     sens    -de laminage, ne pas écrouir       !es    pièces après traitement).  



  Bien que le présent procédé     trouve    sa  principale application pour     -les    aciers doux au  carbone, il peut également être avantageuse  ment appliqué pour     certains    aciers     spéciaux       comme les     aciers    au silicium pour     tôles    d'in  duit et certains     aciers        inoxydables    au     chrome-          nickel.  

Claims (1)

1. REVENDICATIONS: I. Procédé de décarburation à l'état solide de pièces en acier, d'une épaisseur pouvant aller jusqu'à 2,5 mm, caractérisé en ce que les pièces sont tout d'abord légèrement écrouies, en vue de favoriser, lors du traite ment thermique ultérieur, la production de très gros grains, et qu'elles sont -chauffées en milieu décarburant,

   à une température telle que lesdites pièces soient portées dans la zone Fer fl -{- austénite @du diagramme fer-carbone, la température étant toutefois limitée à celle correspondant à la formation de très ,gros grains, et le traitement thermique étant pour suivi pendant un temps suffisant à assurer l'abaissement de la teneur en carbone jusqu'à 0,02 % au plus,

   les pièces étant finalement soumises à un refroidissement lent. II. Produit sidérurgique obtenu par le procédé selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il est décarburé à coeur et contient une proportion de carbone inférieure à 0,02 %, les impuretés habituelles de l'acier Si, Mn, S, l', ce produit présentant en outre une faible limite élastique, une dureté très faible, une grande perméabilité magnétique et un faible hystérésis. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Procédé selon la revendication T, carac térisé en ce que .l'écrouissage est effectué par laminage à froid .des pièces, de façon à aug menter leur longueur de 3 à 5 %. 2. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que le traitement thermique de décarburation est pratiqué à une température comprise entre 810 et 850 C et maintenue constante pendant le traitement. 3.

   Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que le traitement thermique de décarburation est pratiqué dans une atmo sphère de CO/CO2. 4. Procédé selon la revendication T, carac térisé en ce que le traitement thermique de décarburation est pratiqué dans un gaz ammoniacal craqué. 5. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'acier traité est de l'acier Martin effervescent ayant une teneur en car bone au plus égale à 0,10% et affiné. 6.

   Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que l'acier traité est de l'acier Thomas ayant une teneur en carbone au plus égale à 0,10.%.