Brevet FR2028108A1 — publié le 19701009

La présente invention concerne un procédé pour le traitement avant coulée de bains d'acier fondu non alliés et alliés quidoi- vent comporter des teneurs en aluminium métallique supérieures à 0,01 ffi dans l'acier solidifié et doivent être libres de lignes ou bandes d'alumine préjudiciables. Dans un grand nombre de types d'acier non alliés et alliés, il est nécessaire, pour obtenir des indices de qualité technologique ddterminés, d'avoir des teneurs en aluminium métallique supérieures à 0,01 %, et de préférence comprises entre 0,025 et O, 080 %, et même pouvant atteindre dans certains cas 1,5 %. Les teneurs indiquées en premier lieu ont surtout pour but d'obtenir une finesse de grains suffisante et une insensibilité à la surchauffe suffisante pour les aciers de construction et les aciers à outils tandis que les teneurs en aluminium plus élevées améliorent en outre l'aptitude à la nitruration de tels aciers et permettent d'obtenir un durcissement par précipitation dans les aciers fortement alliés. Lorsqu'avant solidification le bain d'acier fondu présente une teneur en aluminium métallique correspondant aux quantités indiquées ci-dessus, il se forme au moment de la cristallisation des lingots, même après une large désoxydation préalable et l'élimination des produits de désoxydation primaires, des quantités plus ou moins importantes d'alumine; l'expérience a montré que cette alumine ne peut plus être éliminée avant que ne se termine la solidification et qu'elle subsiste comme inclusions non métalliques dans l'acier. De telles inclusions d'alumine ont pour propriété de se précipiter dans l'acier en cours de durcissement sous la forme de nids et de conglomérations, ce qui entratne au cours de l'opération ultérieure de façonnage à chaud la formation de structures d'alumine en bandes préjudiciables. Celles-ci peuvent nécessiter des opérations importantes d'écriquage sur le produit semi-fini, carpelles apparaissent de préférence immédiatement sous la surface des lingots. Les lignes ou bandes d'alumine qui restent à l'intérieur du matée riau engendrent des caractéristiques de ténacité insuffisantes dans le sens transversal. L'aptitude au polissage du matériau est également fortement diminuée par la présence de précipitations dalu- mine. Lorsque ces aciers sont soumis à un usinage par enlèvement de copeaux, les précipitations d'alumine entratnent une usure élevée des outils. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients dans les aciers contenant de 1'aluminiums en empêchant la formation de ces dépôts d'alumine indésirables. En l'occurence, il a déjà été proposé lorsqu'il s'agit d'aciers fortement alliés d'ajouter avant la coulée à la masse fondue un alliage Ca-Si pour que, même en présence d'aluminium, on obtienne comme précipités secondaires inévitables non pas de l'alumine mais des oxydes mixtes composés d'alumine et d'oxyde de calcium, qui ont moins tendance à s'agglutiner et permettent par conséquent d'obtenir des indices de qualité technologiques plus élevés. Mais on a constaté que l'utilisation de ce procédé avec des aciers ayant une teneur en alliage normale, et plus encore avec les aciers faiblement alliés ou non alliés, ne donne pas un bon résultat parce que la solubilité du calcium dans ces types d'acier est trop faible pour ass rer une efficacité suffisante. Par contre, il a été constaté de façon surprenante que l'action du calcium peut être améliorée grtce à la présence concomitante de baryum et/ou de strontium dans la masse d'acier fondu dans une telle mesure que l'on parvient à-éviter sûrement comme on le désire la formation de précipités d'alumine même dans les aciers non alliés. Le procédé proposé par l'invention pour la fabrication d'aciers sans lignes ou bandes d'alumine, ayant des teneurs en aluminium métallique supérieures à Q,01 %, consiste en ce que, en mamie temps qu'on ajoute à la masse fondue la quantité d'aluminium nécessaire, ou après qu'on a procédé à cette addition, on ajoute au moins o,ol% d'un alliage au calcium qui, outre du silicium et/ou de l'aluminium contient une certaine quantité de baryum et/ou de strontium calculée en fonction de la teneur en aluminium de 1'acier fondu. Avec ce procédé, on obtient des résultats optimum si la quantité de l'alliage contenant du baryum etfou du strontium ajouté est telle que la quantité introduite en Ba+Sr+Ga est au moins deux fois supérieure à la teneur finale prévue en aluminium métallique dans le bain d'acier fondu. Dans ces conditions, les précipités secondaires inévitables qui se forment sont des oxydes mixtes qui, otre de l2A12C3 fi contiennent au moins 20 % de Ca. De telles inclusions n'ont plus tendance à s'agglutiner pendant la cristallisation de l'acier et par conséquent ne produisent plus de lignes d'inclusion préjudiciables après le façonnage à chaud. Les inclusions sont réparties uniformément dans la structure de base métallique sous forme de petites particules sphér-iques. GrEee à la présence d'au moins 2 X de Caû, l'aptitude au polissage n'est plus diminuée. En outre, grtce à la teneur en CaO, ces inclusions rési duelles dissolvent du soufre sous forme de CaS en fonction de la teneur en soufre de l'acier ce qui diminue sensiblement l'usure des outils dans le façonnage par enlèvement de copeaux. L'addition d'alliages de calcium contenant du Ba et/ou du Sr, proposée par l'invention, peut s'effectuer en même temps que l'ad dition d'aluminium dans l'acier en fusion ou après cette opération. On aura recours de préférence au premier mode opératoire lorsque le bain d'acier fondu présente de faibles teneurs en oxygène avant 1' addition d'aluminium, et au deuxième mode opératoire si ces teneurs sont élevées; Lorsqu'on utilise un alliage au calcium contenant de l'aluminium avec addition de Ba et/ou de Sr. Selon l'invention, on peut enti- rement se passer de procéder à une addition séparée d'aluminium, ou on peut effectuer cette addition suivant une quantité plus faible. Suivant un mode de réalisation avantageux du procédé suivant l'invention, on utilise des alliages contenant du baryum et/ou du strontium comportant de 5 à 30 % de baryum et/ou de strontium, de 5 b 30 % de calcium, de 40 à 60 % de silicium et/ou d'aluminium, le reste en fer et manganèse avec les impuretés inévitables, la somme de la teneur en baryum et/ou z strontium plus le calcium étant au maximum de 0 %. Les caractéristiques et avantages de la présente invention res sortiront d'ailleurs de la description des exemples ci-après. Exemple 1 Dans un four à arc basique de 30 t on produit une masse fondue d'acier de eémentation 16-Mn-Cr-5 et, avant la percée, on l'allie dans le four avec 0,04 ffi d'aluminium métal. Pendant la percée, on ajoute dans la poche de coulée 0,4 % d'un alliage composé de 14 % de Ba, 15 % de Ca, 58 % de Si, le reste en fer avec les impuretés indvitables. Ensuite, l'acier est coulé en sept séries de chacune quatre lingots de 1 t, avec un temps de coulée total de 27 minutes. Tous les lingots sont façonnés en billettes de 80 mm au carré. La surface des billettes ne présente aucune crique de laitier de sor te que, pour éliminer de petits défauts, il suffit d'ébarber 12 % de la surface avant le traitement ultérieur. Avec une teneur de 0,027 % en aluminium métallique, aucune bande d'alumine n'est cons tatée à l'intérieur des billettes. Les inclusions résiduelles qui existent encore sont de petites particules sphériques réparties ir régulièrement dans la masse ayant pour composition chimique 40 % de CaO, 50 % d'A1203 , 3 % de soufre sous forme de Cas, le reste en SiO2 , MnO, FeO et BaO.La teneur en CaO déterminée à l'aide de la microsonde à rayons électroniques dans les inclusions à l'intérieur des lingots de la première série est de 44 % et ne s'abaisse qu'à 37 % pour la dernière. Un acier fondu de comparaison fabriqué de la même façon a reçu comme additions en poche, au lieu de l'alliage Ba-Ca-Si, 0,4 % d'un alliage usuel Ca-Si avec 32 -% de Ca, 61 % de Si, le reste en fer avec les impuretés inévitables. La teneur en aluminium métallique de l'acier était de 0,025 %. A cause de criques dues à la présence de lignes d'alumine immédiatement en dessous de la surface des lingots, il a fallu ébarber pratiquement entièrement la surface des billettes laminées. Dans les billettes provenant de la première série, on a constaté, outre des inclusions en ligne d'A1203 pratiquement pur, des inclusions isolées contenant en gros 18 % de CaO, 78 % d'A1203 et le reste en SiO2, , MnO et FeO.Dans les billettes provenant des autres séries, on n'a trouvé que des inclusions d'alu- mine disposées en ligne. Exemule 2 Ainsi qu'il a été décrit dans l'exemple 1, on ajoute dans la poche de coulée pour traiter un bain du meAme acier fondu, au lieu d' alliage Ba-Ca-Si une quantité de 0,35 % d'un alliage avec 15 % de Sr, 15 % de Ca, 60 % de Si, le reste en Fe, Nn et les impuretés inévitables. Le résultat obtenu est pratiquement aussi bon qu'avec l'acier fondu de l'exemple 1. Pour une teneur de 0,030 ffi d'Al dans 11 acier, on ne constate aucune ligne d'alumine; les inclusions résiduelles contiennent en moyenne 35 % de CaO, 57 ffi d'A1203 , le reste en Cas, Si02 , MnO, FeO, et, au lieu de BaO, de faibles quantités de SrO. Exemple 3 Dans un four Siemens-Martin basique de 40 t, on fabrique un a cier avec 0,08 % de C et 0,40 ffi de Mn pour tôles calméex à l'aluminium. Au lieu d'ajouter de façon usuelle 0,25 % d'aluminium dans la poche de coulée, on ajoute 0,6 % d'un alliage constitué de 10 % de Ba, 5 % de Sr, 16 % de Ca, 42 fi d'Al, 7 % de Si, le reste en fer avec les impuretés inévitables. L'acier coulé en lingots à brames contient 0,036 ffi d'Al dissous dans la masse structurale métallique.Au cours du traitement ultérieur des brames transformées en tôles, on a pu, grAce à l'absence des précipités d'alumine préjudiciables, abaisser les dépenses d'ébarbage jusqu'à moins de 50 % de celles nécessaires lorsque la désoxydation s'effectue de façon usuelle avec l'aluminium seul. La surface des tôles ne contient aucune crique de laitier. L'examen métallographique des tôles n'a permis de constater que de petites inclusions sphériques réparties uniformément dans la structure de base, composées en moyenne de 38 ffi de Cao, 55% d'A1203 , 2 % de S principalement sous forme de CaS, le reste en SiO2 , MnO, FeO et des traces de BaO et de SrO. On n'a constaté aucune ligne ou bande d'alumine, ce qui était jusqu'à maintenant un trait caractéristique de ces sortes d'acier. Exemple 4 Le procédé suivant l'invention permet également de fabriquer sans inclusions en ligne d'alumine des aciers fortement alliés en présence de plus de 0,01 fi d'aluminium dans la structure de base. Un bain d'acier fondu austénitique 18-8-Cr-Ni reçoit, au lieu de l'addition usuelle de 1 % de Ca-Mn-Si (20 % de Ca, 5 ffi de Mn, 16 % de Si) une addition en poche de seulement 0,4 ffi d'un alliage composé de 14 ffi de Ba, 18 % de Ca, 45 % de Si, le reste en Mn, Fe et les impuretés inévitables, cette addition étant effectuée après l'addition de 0,3 % d'Al. L'acier ne présente aucune inclusion en bande d'alumine préjudiciable et peut être poli de façon parfaite. Les petites inclusions résiduelles sphériques, finement réparties, ont pour composition chimique moyenne 50 % de CaO, 40 % d'A1203 et 10 % de SiO2. Grâce à l'utilisation d'alliage contenant du baryum au lieu de Ca-Mn-Si on a réalisé une économie en Ca de plus de 60 fi tout en obtenant un résultat aussi bon. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la fabrication d'aciers sans lignes ou bandes d'alumine, avec des teneurs en aluminium métallique supérieures à 0,01 %, caractérisé en ce que, en même temps qu'on ajoute l'aluminium au bain d'acier fondu, ou après cette opération, on lui ajoute au moins 0,1 X d'un alliage au calcium qui, outre du silicium et/ou de l'aluminium, contient du baryum et/ou du strontium. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un alliage ayant la composition suivante ; de 5 à 30 ffi de baryum et/ou de strontium, de 5 à 30 ffi de calcium, de 40 à 60 ffi de silicium et/ou d'aluminium, le reste en fer avec les impuretés inévitables, la somme de la teneur en baryum et/ou strontium et en calcium étant au plus égale à-50 %. 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on ajoute un alliage qui se compose d'environ 15 X de baryum et/ou de strontium, 15 fi de calcium, 50 % de silicium, le reste étant du fer avec les impuretés inévitables. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la quantité d'alliage au calcium contenant du baryum et/ou du strontium ajouté à l'acier est telle que la quantité totale en Ca+Ba+Sr ajoutée est de préférence au moins deux fois plus grande que la teneur finale prévue en aluminium dans le bain d'acier fondu. 5 - Procédé suivant lrune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on ajoute au bain d'acier fondu de 0,3 à 0,6 % de l'alliage au calcium contenant du baryum et/ou du strontium. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, par addition de l'alliage au calcium contenant du baryum et/ou du strontium, on obtient dans l'acier solidifié des inclusions contenant de 20 à 60 % de CaO, le reste étant du A1203 et au maximum 15 % d'autres oxydes métalliques tels que par exemple SiO2 , MnO, FeO.