Brevet FR2130350A1 — publié le 19721103

La présente invention a pour objet un procédé de décarburation des aciers fortement alliés par soufflage d'oxygène gazeux dans le bain sous vide ou en surface. 5 II est connu de décarburer les aciers au chrome fortement alliés par soufflage d'oxygène dans le bain sous vide ou au-dessus, afin d'éviter les pertes de chrome. L'inconvénient de ce procédé connu est qu'il est. difficile d'ajuster le bain sous vide à la teneur finale en 10 carbone voulue. De ce fait on a dû, par le passé, l'estimer. Les conditions d'affinage étant soumises à de nombreuses influences très variables, la teneur en carbone peut dépasser la valeur prévue ou descendre au-dessous de celle-ci par suite des variations de l'apport d'oxygène par exemple. Dans ce 15 cas, la composition chimique recherchée peut être obtenue approximativement après plusieurs prises d'échantillons suivies d'un soufflage à l'oxygène ou d'une recarburation. Le but de l'invention est de réaliser un procédé de décarburation permettant .d'ajuster sûrement 20 le bain à une teneur finale en carbone déterminée sans prendre d'échantillons pendant le traitement. Ce but est atteint par le procédé qui sera décrit ci-après. Un acier au chrome est élaboré dans le 25 four comme il est connu, le bain étant ajusté approximativement aux teneurs voulues en chrome, en nickel, en phosphore et en soufre. Pour éviter les pertes de chrome en cours d'affinage dans le four, la teneur en carbone est nettement supérieure à la valeur prévue. Elle se situe par 30 exemple entre 0,2 % et 1,0 % environ, L'acier est asnsuite coulé en poche, sans laitier ou avec une faible quantité de celui-ci, et dégazé par exemple en poche sous argon, éventuellement en agitant, à une pression d'environ 10 mm de colonne de mercure. Après 35 quoi on insuffle de l'oxygène dans le bain ou dans le réci 72 09306 2 2130350 pient à vide, au moyen d'une lance, ce qui produit une élévation de température dans le récipient à vide suivant le débit d'oxygène injecté. Comme l'oxygène réagit sur le carbone du bain avec une combustion exothermique suivant l'équation 02 + 2C = 2 CO, une quantité notable de chaleur est dégagée et la température des gaz aspirés s'élève considérablement. Suivant l'invention, l'élévation de température peut être utilisée pour le contrôle de la décarburation par des mesures. Les pompes à vide sont par exemple di-mensionnêes de telle sorte que la pression régnant dans le récipient de traitement reste dans la fourchette de 10 à 30 mm de colonne de mercure en dépit de la quantité de CO recueillie. Des essais ont montré que, si cette fourchette de pression dans le récipient â vide est respectée, la décarburation jusqu'à un équilibre de l'oxyde de carbone CO correspondant à environ 50 mm de colonne de mercure peut être effectuée en pratique pendant des temps économiquement supportables. La teneur en carbone du bain pour cet équilibre dépend de. l'apport d'oxygène disponible dans le bain pour la formation du C0, cet apport étant, à son tour, fonction de la température et de la teneur en chrome du bain. Comme le fait apparaître le diagramme figurant sur le dessin ci-annexé, l'apport d'oxygène sans scorification de chrome croît avec la température du bain pour une. pression partielle donnée du C0. En conséquence, la teneur finale en carbone est d'autant' plus basse que la température du bain est plus élevée. Pour obtenir la teneur finale en carbone il faut souffler à l'oxygène et faire le vide jusqu'à ce que la formation du C0 cesse, l'équilibre étant alors atteint. La continuation du soufflage provoquerait une scorification du chrome, ce qui serait indésirable. L'équilibre est atteint dès que la température des gaz aspirés s'abaisse rapide 72 09306 2130350 ment, en conséquence de l'interruption de la formation exothermique du CO par la réaction de l'oxygène sur le carbone. On contrôle la teneur en carbone en mesurant la température du bain au moment de la chute de température . Si le titre en carbone est inférieur à celui recherché, on ajoute de suite du carbone dans le bain sous vide. Si le titre en carbone est supérieur à celui recherché, on incorpore dans le bain sous vide du silicium ou tout autre élément possédant une grande affinité pour l'oxygène et donnant une forte réaction exothermique. On choisit l'addition de silicium de telle sorte que la combustion de cet élément avec l'oxygène amené donne la tempe rature nécessaire pour l'obtention du taux de carbone prévu. Un soufflage d'oxygène complémentaire de courte durée a pour effet d'élever la température jusqu'à ce que la teneur en carbone recherchée soit atteinte, ce que l'on peut remarquer par la descente rapide de la température des fumées. le procédé qui vient d'être décrit peut évidenfênt être mis en oeuvre sur la base de la température nécessaire au début du traitement sous vide. On la calcule sur la température correspondant à la teneur en carbone voulue, sur les pertes de chaleur qui résulteraient d'un dégazage sansapport d'oxygène pendant un temps correspondant et sur la chaleur dégagée par la formation du CO. On la choisit pour la coulée en poche ou, si la température de l'acier est trop faible, on ajoute avant ou pendant le traitement sous vide la quantité de silicium nécessaire pour que le soufflage décarburant de l'oxygène donne à l'acier la température et, par suite, la teneur en carbone désirée. La température nécessaire pour la coulée en poche de l'acier peut être déterminée d'après les données connues suivant l'équation: 72 09306 4 2130350 % - TE + \ * % - tH (1) dans laquelle: Tq est la température de coulée en poche TE, la température finale nécessaire pour la décarburation 5 suivant le diagramme précité ïA,.la diminution de la température à la coulée en poche Tg, la diminution de la température de l'acier depuis la coulée en poche jtsqu'à la fin du soufflage, la durée assez exacte de ce dernier étant de 10 à 15 minutes 10 (Tg se décompose donc, de grandeurs d'exploitation fa ciles à déterminer.) la température résultant de la chaleur de la réaction entre l'oxygène, le carbone et autres éléments réagissant sur 1'oxygène. 15 Pour la détermination de QL, on peut se servir de l'équation suivante: IR = 300 x p SiJ + 140 x [% C] + 350 AÏJ + 130 x f% Cr7 + 90 x f% Mn] L J (2) De ce qui précède, il résulte que, lorsque 20 la température de coulée en poche est trop basse, on peut, pour éviter un séjour prolongé du bain dans le four, ajouter du silicium ou de l'aluminium dans l'acier avant le soufflage à l'oxygène, ces éléments élevant TR dans la mesure où Iq est trop faible. 25 Le nouveau procédé va maintenant être décrit à l'aide des exemples suivants: 1er exemple On a coulé en poche, à 1630° G, un bain de 50 t répondant à la composition chimique suivante: 72 09306 5 2130350 - carbone 0,5 % - silicium 0,35 % - manganèse 0,5 % - chrome 18 % 5 - nickel 10 % - soufre 0,015 % phosphore 0,03 % On a placé la poche dans un récipient et on a fait le vide dans ce récipient. 10 La teneur en oxygène du bain a conduit à une légère réaction de formation de G0 et à une diminution d'environ 0,02 % de la teneur en carbone. Lorsque la pression était de 10 mm de colonne de mercure, on a disposé une lance au-dessus du bain 15 et on a amené à celui-ci 1800 kg d'oxygène à l'heure, œ qui a provoqué immédiatement une réaction violente entre oxygène et carbone, si bien que la température des fumées, mesurée à l'orifice d'entrée de la conduite d'aspiration, est passée d'environ 300° C à environ 500° C. 20 Après environ 12 minutes, la température des fumées est tombée très rapidement. Sur quoi on a'coupé l'amenée d'oxygène et mesuré la température du bain. Lors de cette mesure on a constaté la température de 1770° C, qui correçond à une teneur en carbone de 0,01 % d'après le dia-25 gramme susdit. Ensuite, on a corrigé la composition du bain en incorporant à celle-ci: - 500 kg de ferro-manganèse à 80 % de manganèse et 1 % de carbohe-( 30 - 150 kg de ferro-chrome à 70 % de chrome et 1,5 % de carbone - 480 kg de ferro-silicium à 75 % de silicium On a ainsi préparé un acier dont la composition chimique était la suivante, imposée dans le 72 09306 6 2130350 cahier des charges en question: - carbone 0,025 % - silicium 0,7 % - manganèse 1,3 % 5 - chrome 18 - nickel 10 % - soufre 0,03 % - phosphore 0,03 % Le titre en carbone ci-dessus (0,025 %) se situe dans la 10 fourchette prescrite par ledit cahier des acharges (0,02 à 0,03 %). 2e exemple On a coulé en poche, à 1600° C, un bain de 50 t dont la composition chimique était la suivante: ^ - carbone 0,3 % - silicium 0,5 % - manganèse 1 % - chrome 17 % - nickel 10 % 20 - soufre 0,01 % - phosphore 0,025 % On a introduit la poche dans un récipient à vide. Lorsque la pression dans le récipient à vide atteignit 10 mm de colonne de mercure on a affiné avec 25 "l un. apport horaire de 1 t d'oxygène. Après 10 minutes, la température des fumées a diminué très rapidement. La .température de l'acier était, de 1670° c. La teneur en carbone était donc d'environ x 0,02 % d'après le diagramme susmentionné. Mais les teneurs 30 imposées de l'acier étaient: au maximum 0,03 % de carbone et au minimum 17,5 % de chrome. Aussi fallait-il ajouter dans le bain au moins î % de chrome. Pour une addition de ferro-chrome à 1,5 % de carbone on devait compter sur une augmentation de 0,021 % du taux de carbone. 72 09306 7 2130350 On a ajouté 750 kg de ferro-chrome à 70 % de chrome, ainsi que 130 kg de ferro-silicium à 75 % de silicium. Ces additions ont eu pour effet d'abaisser la température du bain à 1630° C et à porter la teneur en car-5 bone à 0,05 %. Dans ces conditions on a soufflé pendant un court laps de temps avec un débit de 100 kg d'oxygène par heure, ce qui a pour conséquence d'élever la pression à environ 25 mm de colonne de mercure et, après deux minutes, 1.0 d'abaisser sensiblement la température. Une nouvelle mesure de la température du bain a donné 1650° C, ce qui correspond à une teneur en carbone de 0,025 %. Ensuite on a incorporé au bain sous vide 500 kg de ferro-silicium à 75 % de silicium et on a brassé. 15 L'analyse finale de l'acier a donné les résultats suivants, conformes aux teneurs prescrites; - carbone 0,025 % - silicium 0,7 % - manganèse 0,9 % 20 - chrome 17,8 % - nickel 10 % - soufre 0,01 % - phosphore 0,025 % Le procédé suivant l'invention permet 25 d'obtenir de bas carbones à coup sûr, sans analyses fastidieuses, ni pertes notables de chrome» Il peut être avantageusement appliqué dans la pratique. 72 09306 8 2130350 Revendications 1. - Procédé de dêcarburation provoquée sous vide des aciers fortement alliés et notamment des aciers au chrome, par soufflage d'oxygène dans le bain sous vide ou en 5 surface, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'un acier allié à carbone élevé, affiné par l'un des procédés habituels, est décarburé sous vide jusqu'à ce que la température des fumées tombe très rapidement, la température du bain étant alors mesurée et sa composition 10 chimique corrigée d'après les teneurs d'équilibre en carbone et en chrome déduites de la température mesurée. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition chimique du bain est corrigée par addition d'éléments d'alliage et/ou par soufflage d'oxy-15 ' gêne. 3. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un élément réagissant sur l'oxygène avec une combustion exothermique est incorporé dans le bain avant la correction de la composition chimique de ce dernier.