Brevet FR2074710A1 — publié le 19711008

La présente invention concerne les procédés dgélaboration de métal à faible teneur en carbone, notamment l'aciers y compris de l'acier résistant au vieillissement et du fer techniquement pur. L'acier doux ou à faible teneur en carbone trouve de larges applications dans la fabrication des tôles laminées utilisées, par exemple dans la construction automobile.. L'acier de ce genre doit présenter une haute plasticité ou ductilité. Cette propriété est indispensable lorsqu'il s'agit de l'emboutis sage profond de pièces d'automobile ayant une configuration complexe. Les quantités de carbone et d'oxygène contenues dans l'acier ont des retentissements importants sur les propriétés de déformabilité de celui ci et impliquent, comme corollaire, que les propriétés de déformabilité sont d'autant plus élevées que les proportions de carbone et d'oxygène sont plus faibles Parmi les métaux à faible teneur en carbone, on comprend également le fer techniquement pur présentant de hautes qualités magnétiques et utilisé dans l'industrie électrotechnique, notamment pour la fabrication d'aimants et d'appareils à électro-aimants, l'émaillage et l'élaboration d'alliages à base de fer. On connaît déjà des procédés d'élaboration de métal à faible teneur en carbone sous vide (dégazage) par le procédé de circulation par fournées Toutefois, les procédés connus ne permettent d'obtenir un métal à faible teneur en carbone qu'avec augmentation de la teneur en oxygène comprise entre 0,010 à 0,079% en poids. Cela tient au fait que le traitement sous vide est opéré sans mettre en jeu une scorie oxydante, de sorte que l'oxydation du carbone est due à l'oxygène dissous dans le métal. Comme la solubilité de l'oxygène dans un métal est limitée et dépend principalement de la concentration de carbone3 on conçoit que,pour obtenir un métal à faible teneur en carbone on doive utiliser pour le maintien sous vide un métal fortement suroxygéné dont la teneur en oxygène est supérieure à la teneur en carbone De ce fait3 il est impossible de désoxyder le métal de façon suffisamment profonde par le carbone qu'il contient. Avec une teneur élevee en oxygène, on ne parvient pas à obtenir des lingots compacts et de composition chimique homogène et, en conséquence3 des laminés ayant de bonnes propriétés de déformabilité. L'invention supprime ces inconvénients et a pour objet un procédé d'élaboration de métal à faible teneur en carbone à partir d'un acier liquide effervescent à teneur en carbone augmentée, procédé permettant d'obtenir9 à l'aide d'additions3 un métal à teneur moindre-en oxygène, à partir duquel on peut réaliser des lingots plus compacts et de composition chimique plus homogène, ainsi que des laminés présentant d'excellentes propriétés de déformabilité. Ce nouveau procédé permet de plus de réduire la durée de la fusion3 du fait de pouvoir terminer la période d'oxydation tout en conservant une plus forte teneur en carbone de l'acier. Dans ce procédé d'élaboration d'un métal à faible teneur en carbone à partir d'acier liquide9en maintenant celui-ci sous vide conformément à l'invention, on verse acier liquide à teneur augmentée en carbone dans une poche contenant un laitier oxydant en proportions de 1 à 2% en poids par rapport au poids d'acier, et on introduit avant, pendant ou après le dégazage sous vide des additions qui abaissent les teneurs en carbone et oxygène. On utilise avantageusement comme additions désoxydantes des fines de coke, du ferro-silicium, du silico-calcium, du fluorure d'aluminium et de l'aluminium, seuls, en mélange ou combinaisons diverses. L'introduction d'un réactif désoxydant provoque une baisse de concentration d'oxygène dans le laitier, assurant une désoxydation plus profonde du métal par le carbone. I1 est souhaitable pendant le dégazage sous vide, lorsque l'intensité d'effervescence de l'acier à dégazer est atténuée, d'y ajouter comme addition oxydante du minerai, de l'agglomérat et de la calamine3 séparément ou en proportions diverses, puis de faire entrer une addition désoxydante (-ferro-silicium et/ou de silico-calcium) et après dégazage sous vide, de l'aluminium. L'introduction d'une addition oxydante intensifie l'effervescence de l'acier3 en provoquant lVoxydation du carbone contenu dans le métal môme en cas de faibles concentrations. A la fin de la réaction de décarburation profonde, on opère, par addition d'un réactif désoxydant au laitier, la désoxydation de ce laitier et en partie du métal. L'introduction dans le métal d'aluminium, pendant ou après le maintien sous vide, favorise un abaissement complémentairé de teneur en oxygène du métal et le rend insensible au vieillissement. Le nouveau procédé permet d'obtenir un acier contenant 0,02 à 0,07% en poids de carbone et 0,003 à 0,010% en poids d'oxygène. On en fabrique des lingots compacts et homogènes au point de vue de la compost- tion chimique et des ébauches moulées, dans des installations de coulée continue > ces ébauches fournissant par laminage des produits présentant de bonnes propriétés de déformabilité et une haute résistance au vieillissement par déformation . Le fer techniquement pur obtenu selon le nouveau procédé contient en poids : 03005 à 0,01% de carbone et 0,005 à 0,02% d'oxygène et présente de bonnes qualités magnétiques. On a établi au cours des recherches que, dans une chambre où la pression est reduite jusqu'à 0n5 à 2,0 mm de Hg, la capacité désoxydante du carbone est augmentée de 10 à 20 fois. Lorsque la capacité désoxydante du carbone a augmenté de 20 fois, l'équilibre entre la concentration de carbone ::%C) et celle d'oxygène (7)) à t = 15600C est représentée par la valeur m2 = ( /OC) (o) = 0,00012 alors que sous la pression de l atmosphère la valeur ml = 0,0024. I1 ressort de cette relation qu'à une teneur du métal en carbone de 0,02 à 0,05% en poids,. la concentration d'oxygène d'équilibre correspondante est de 0,006 à 0,0025% en poids. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants de mise en oeuvre du procédé. EXEMPLE 1 Un acier élaboré dans un groupe fusion d'acier, contenant 0,10 à 0,15% en poids de carbone et chauffé entre 1650 et 17000C, est versé dans une poche simultanément avec un laitier oxydant en proportion de 1 à 2% du poids de l'acier. Ensuite, on admet sur laitier un désoxydant (coke menu, ferro-silicium, aluminium sous forme de grains, etc.) qu'on mélange avec le laitier. La poche contenant l'acier est placée dans une chambre sous vide, dans laquelle on réduit progressivement la pression à 0,5 à 1,0 mm de Hg. On introduit, 2 ou 3 minutes avant la fin du maitien sous vide, du ferroaluminium contenant 10 ó en poids d'aluminium, à raison de 100 à 600g par tonne de métal. Le maintien sous vide peut durer de 10 à 20 minutes suivant la quantité de métal. On obtient ainsi un acier à faible teneur en carbone contenant 0,02 à 0,07% en poids de carbone et 0,003 à 0,010% en poids d 'oxygène. Cet acier de l'exemple décrit présente les propriétés suivantes limite d'allongement 14 à 20 kg/mm2 limite de résistance 30 à 35 kg/mm2 dureté Rockwell B(HRR) 40 à 50 unités allongement relatif 40 à 50% En outre, cet acier n'est pas sensible au vieillissement par déformation pendant un an et davantage. Les additions énumérées o fines de coke, ferro-silicium, silico-calcium et aluminium peuvent être introduites seules, en mélange ou combinaisons diverses. EXEMPLE 2 Un acier élaboré dans un groupe de fusion d'acier, contenant 0,05 à 0,1% en poids de carbone et ayant une température de fusion supérieure de 50 à 100"C à celle du métal des fusions ordinafres, est versé dans une poche simultanément avec un laitier oxydant en proportion de 1 à 2% du poids du métal contenu dans la poche. La poche contenant l'acier et le laitier est placée dans une chambre à vide où l'on abaisse progressivement la pression à 0,5 à 1,0 mm de Hg, de sorte que l'acier entre en ébullition. Lorsque l'intensité dleffer- vescence de l'acier s'affaiblit, on introduit dans la poche un réactif oxydant (agglomérat , minerai, calamine) à raison de2,0 à 4,0 kg par tonne. Pour améliorer le mélange du métal avec le laitier et le réactif on souffle le métal au gaz pendant 2 à 4 mn. Dans ce casn l'oxydant peut n'être incorporé qu'en quantités inférieures ou même être totalement absent. Après affaiblissement de l'effervescence, on introduit dans le laitier un désoxydant (ferro-silicium, silico-calcium, aluminium). Les additions peuvent être introduites séparément, ensemble ou en combinaisons diverses. A l'issue du maintien sous vide, on peut introduire de l'aluminium à raison de 035 à 1,0 kg par tonne. On obtient finalement du fer techniquement pur contenant en poids 0,005 à 03010% de carbone et 0,005 à 0,02% d'oxygène. L'acier et le fer techniquement pur obtenus par les procédés décrits peuvent être coulés en lingotières ou en moules dans une installation de coulée continue pour obtenir des pièces coulées compactes et de composition chimique homogène Le processus d obtention d V un acier à faible teneur en carbone et du fer techniquement pur par traitement sous vide de l'acier effervescent dans une poche se prête facilement au réglage et permet avec une grande précision liobtention de métal de composition prescrite quant à la teneur en carbone et oxygène Les essais effectués ont montré que, dans l'acier contenant 0,18% en poids de carbone, tette teneur était abaissée,après le maintien sous vide à 002 à 0,074 en poids,et la teneur en oxygène à 0,003 à 0,010 en poids En cas d'obtention du fer techniquement pur selon le procédé objet de l'invention, la teneur en carbone baisse à la suite du maintien sous vide de 0,05-0,10% à 0,005-0,010% en poids REVENDICATIONS I Procédé d'élaboration d'un métal à faible teneur en carbone à partir d'acier liquide en maintenant celui-ci sous vide9 ledit procédé étant caractérisé en ce mulon verse un acier liquide à teneur en carbone accrue dans une poche en même temps qu'un laitier oxydant en proportion de 1 à 2% du poids d'acier et quVon introduit avant3 pendant ou après le maintien sous vide des additions qui abaissent la teneur en carbone et oxygène 2 Procédé selon la revendication 13 caractérisé en ce que addition désoxydante est composée de fines de coke, ferro-silicium, silicocalcium, ferro-aluminium et aluminium, séparés ou en toutes proportions. 3 Procédé selon la revendication 13 caractérisé par le fait que, pendant le maintien sous vide, lorsque leintensité d'effercescence de l'acier à dégazer est affaiblie, on introduit comme réactif oxydant du minerai, de l'agglomérat et de la calamine, séparément ou en toutes proportions, puis une addition désoxydante (telle que ferro-silicium et/ou silicocalcium), et,après rétablissement de la pression, de l'aluminium.