Brevet FR2257373A1 — publié le 19750808

L'invention est relative aux procédés de fabrication de grenaille d'acier. Pour les opérations de "grenaillage',, c"est-à-dire les opérations de traitement de surfaces métalliques telles que dessablage en fonderie, décalaminage des tales, avivage de surface, durcissement superficiel et analogues, on utilise de la grenaille abrasive formée de grains ou particules d'acier, en général sphériques et calibrés, dont la granulométrie varie entre 0,3 et 2,5 mm. Le procédé de fabrication de cette grenaille, tel qu'il est appliqué à l'heure actuelle, comprend deux phases successives :: d'abord, dispersion ou atomisation d'un jet d'acier liquide, dont la teneur en carbone est comprise entre 0,60 et 1,20% (de préférence entre 0,85 et 1,05%), par le courant d'un fluide tel que l'eau, l'air, l'azote (ou autre gaz inerte), puis traitement thermique consistant en une opération unique de trempe, dans de l'eau froide, de la grenaille ainsi obtenue, qui a été préalablement portée à une température d'austénisation comprise entre 820 et 9200C, suivie d'un revenu à une température comprise entre 450 et 5000C. La grenaille traitée est enfin triée par tamisage en diverses catégories et emballée; elle est alors prête à l'emploi. Le procédé de grenaillage consiste à projeter la grenaille à grande vitesse (de 1'ordre de 50 à 80 m/s) sur la surface métallique à traiter. Une telle projection est effectuée par une turbine tournant elle-mame à grande vitesse. Après avoir perdu leur force vive à la suite d'un ou plusieurs chocs sur la surface à traiter, les particules de grenaille sont reprises et recyclées par la turbine. Au cours de ces différents cycles, les particules, en subissant des chocs importants, commencent par se déformer en surface par écrouissage, puis perdent du poids soit par pelage, soit par division en particules plus petites.Un système de dépoussiérage, monté sur la machine de grenaillage à turbine, élimine au fur et à mesure les particules les plus fines; il convient bien entendu de remplacer par de la grenaille "neuve" la grenaille "usée" qui est éliminée par ce système. Les caractéristiques d'une bonne grenaille découlent de son application : - elle doit être efficace et, pour cela, etre formée drains ayant une dureté suffisante tout en conservant une résistance au choc suffisante, - elle doit durer et, pour cela, être formée de grains qui ne se fractionzntpas prématurément; c'est une question de prix de revient pour l'utilisateur: on définit cette qualité par la "vie moyenne" de la grenaille.' On a déterminé que la susdite dureté, pour etre suffisante, devait etre comprise entre 46 et 55 RC (dureté Rockwell), ce qui correspond à une structure de martensite fine et revenue, pour l'acier considéré.Quant à la vie moyenne, que l'on peut mesurer par le nombre de cycles au bout desquels la totalité des grains passe de la dimension normale à une dimension inférieure définie dans la série des tamis Tyler, elle est liée à la "santé" des grains métalliques, c'est-à-dire à l'absence de défauts superficiels (criques) ou internes (creux, microretassures). Dans le cycle de fabrication, ces défauts peuvent apparat- tre ou se développer soit à l'atomisation, soit à la trempe à l'eau. Plus précisément, il peut apparaitre, au cours de l'atomisation, des défauts internes (creux, retassures) qui dépendent notamment des conditions d'élaboration du métal liquide et de la température de coulée et, au cours de la trempe, des défauts su perficiels (criques) qui sont dus aux tensions créées par un refroidissement rapide et qui sont exaltés par la trempe à l'eau usuelle, après austénisation à 820-9000C. L'invention a pour but d'améliorer la qualité de la grenaille abrasive ét d'éliminer, ou tout au moins d'atténuer, certains au moins des défauts qui viennent d'être décrits. Pour atteindre ce but, il est proposé, selon l'invention, un procédé de fabrication de grenaille d'acier consistant essentiellement à faire diviser en particules par un courant de fluide un jet d'acier liquide dont la teneur en acier est comprise entre 0,60 et 1,20% et à soumettre ces particules successivement à un traitement d'austénisation à une température comprise entre 820 et 9000C environ, à une trempe et à un revenu à une température comprise entre 450 et 5000C, ce procédé étant caractérisé par le fait que la trempe est effectuée en deux étages, le premier à une température voisine du point MS, c'est-à-dire de la température de transformation martensitique de l'acier considéré, et le second à la temperature ordinaire. Le point MS étant de l'ordre de 2500C, la température du premier étage de trempe est avantageusement comprise entre 150 et 3000CI ou de préference entre 1500C et 2500C. Selon une première solution, on peut réaliser le premier étage de la trempe en lit fluidisé, ce lit pouvant etre constitué soit par un matériau inerte, soit par de la grenaille elle-mtme. Selon une seconde solution, on peut réaliser le premier étage de trempe à l'aide d'un bain de seb métalliqugou d'un bain d'huile, voire d'un bain de métal fondu (plomb). L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide de divers exemples de réalisation illustrés par le dessin ci-annexé. La fig. 1 montre une installation- de trempe par fluidisation de la grenaille qui met en oeuvre le procédé conforme à l'invention. La fig. 2 montre des courbes illustrant le principe de la trempe étagée. L'installation de trempe par fluidisation de la grenaille, qui est représentée à la fig. 1, comprend un four d'austénisation de la grenaille I, de préférence du type rotatif, une enceinte de fluidisation primaire 2 avec une canalisation d'arrivée de gaz de fluidisation 4, des cellules de fluidisation de la grenaille 3 avec leurs canalisations d'arrivée de gaz de fluidisation 5, et éventuellement un bassin de trempe à l'eau 6. En amont du four 1, l'installation comprend un dispositif de dispersion du jet- d'acier liquide dont la construction est classique et qui n est donc ni décrite en détail ni représentée, ainsi qu'une enceinte de stockage 7 des particules élaborées par le dispositif de dispersion. En aval du bassin 6, l'installation comprend enfin un four de revenu dont la construction est classique et n'est donc ni décrite en détail ni représentée. Les particules, qui ont subi un traitement d' austénisation dans le four I, sont introduites (comme schématise par la flèche A) dans les cellules 3 où elles sont tenues en suspension par le gaz provenant des arrivées 5. Ce gaz est généralement de l'air débité à une pression relative de 0,2 kg/cm2 avec un débit de 20 m3/h environ pour un débit de grenaille de 5 à 10 kg/h. Les cellules 3 sont maintenues à - la température du premier étage. de trempe. par le gaz arrivant par la canalisation 4. Les particules sont ainsi trempées de façon isotherme dans les cellules 3. Au bout d'un temps déterminé (de l'ordre de 5 minutes), les particules sont refroidies soit à l'eau en étant déversées dans le bassin 6 (comme schématisé par la flèche B) où la température est de l'ordre de 250C, soit à l'air. Exemple 1 : Avec cette installation, on traite une grenaille dont la dimension nominale est-de 1,70 mm et-qui présente l'analyse suivante C 0,95% Mn 0,75% Si 0,78/0 Fe complément à 100% avec les impuretés usuelles (S et P). On effectue d'abord le traitement dans une installation du type montré à la fig. 1. dans les conditions suivantes : austénisation à 8500C dans le four 1, trempe à 1500C dans les cellules 3, maintien à 5 minutes, revenu à 4600C. On constate que la grenaille obtenue en fin de traitement a une vie moyenne correspondant à un nombre de cycles de 1264 (toute la grenaille passant alors au tamis de 1,41 mm) et un pourcentage de grains criqués de 2%. Pour faire ressortir les avantages de l'invention, on soumet la mtme grenaille de départ à un traitement thermique classique avec trempe unique dans l'eau et revenu à 4600C. On constate que la vie my̲enne de la grenaille n'est que de 1040 (au lieu de 1264) et que le pourcentage de-grains criqués est de 12% (soit six fois plus élevé qu'avec le procédé conforme à l'invention). Exemple 2 : On traite, dans les mazes conditions qu'à l'vexez ple précédent, une grenaille dont l'analyse est la suivante C 0,85% Mn 0,74% Si 0,87% Fe complément à '100% avec les impuretés usuelles. La vie moyenne de la grenaille passe de 1100 à 930 et le pourcentage de grains criqués de 7 à 16 selon que l'on utilise le procédé conforme à l'invention ou le procédé classique à trempe unique à lieu, D'une façon plus générale, on constate que la grenaille ayant subi une trempe martensitique étagée dans un lit fluidisé présente les propriétés suivantes - amélioration de la santé des grains, par diminution des grains criqués dans la proportion de 2 à 1 et meme de 6 à 1; - augmentation de la vie moyenne de plus de 20%, ce qui correspond à une diminution de la consommation de grenaille de 2cl%. Selon une variante, on peut effectuer le premier étage de la trempe étagée à l'aide de bains de sels métalliques ou d'un bain d'huile, voire d'un bain de métal fondu (plomb). Comme bains de sels, on peut utiliser des mélanges extr- mement variés. On peut citer - mélange de 50% de nitrate de Na + XWo de nitrite de Na de 225 à 5000C; - mélange de 22,5% de nitrite de K + 22,5% de nitrite de Na + 55% de nitrate de Na de 1800 à 5000C. Au-dessous de ces températures, on peut utiliser un bain a Xhuile. Bien que le procédé conforme à l'invention améliore de façon inattendue les propriétés de la grenaille, on peut essayer de lui donner une explication scientifique. Les méthodes de trempe classiques caractérisées par un refroidissement rapide à la température ambiante présentent divers inconvénients résultant de ce que les diverses régions du métal n'ont pas la même loi de refroidissement et ne subissent pas la transformation en meme temps. L'accroissement de volume (dû à la transformation martensitique) de l'intérieur se heurte, en effet, à la résistance des couches externes déjà transformées, d'où apparition de tensions et meme de criques. Selon l'invention, la trempe étagée, utilisant les transformations isothermes, évite ces inconvénients. En effet, trempons, après austénisation, les particules à traiter dans un bain (plomb, sels fondus ou huile chaude) à température voisine de MS (cf. fig.2 où on a porté en abscisses le logarithme du temps t et en ordonnées la température T). Les particules ont le temps d'atteindre pratiquement l'équilibre de température et il est possible, lorsque cet équilibre est réalisé, de refroidir rapidement la grenaille de façon à obtenir une trempe martensitique, On obtient alors une martensite homogène et sans contrainte. Le traitement constitue la trempe étagée martensitique. A la fig. 2, les courbes sinueuses sont des courbes isoausténiques, lieu des points correspondant à une meme proportion P % d'austénite transformée, l'équation des courbes est de la forme P % = F (t, T) = c te + la fig. 2 montre, à titre d'illustration, les courbes P = 5%, 50%, 95%. Quant aux courbes à palier horizontal, elles illustrent différents modes de trempe étagée, les correspondances des courbes étant les suivantes I trempe étagée martensitique II trempe étagée mixte III trempe étagée bainitique IV recuit isotherme. e 1 correspond à peu près à la température de trempe sitique; #2 à la trempe étagée bainitique. Les courbes I, II et III illustrent trois modes de réalisation du procédé conforme à l'invention selon laquelle la trempe étagée peut non seulement être martensitique (courbe I) mais encore bainitique (courbe III) ou mixte (courbe II). La courbe IV, qui est relative à un recuit isotherme, se trouve en dehors du domaine de l'invention. REVENDICATIQNS 1 - Procédé de fabrication de grenaille d'acier consistant essentiellement à faire diviser en particules par un courant de fluide un jet d'acier liquide dont la teneur en acier est comprise entre 0,60 et 1,20%, et à soumettre ces particules successivement à un traitement d'austénisation à une température comprise entre 820 et 9000C environ, à une trempe et à un revenu à une température comprise entre 450 et 5000C, caractérisé par le fait que la trempe est effectuée en deux étages, le premier à une température voisine du point Ms, c'est-à-dire de la température de transformation martensitique de l'acier considéré, et le second à la température ordinaire. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le point MS étant de l'ordre de 2500C, la température du premier étage de trempe est comprise entre 150 et 3000C, ou de préférence entre 1500 et 2500C. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on réalise le premier étage de la trempe en lit fluidisé, ce lit pouvant ventre constitué soit par un matériau inerte, soit par de la grenaille.elle-mzne. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on réalise le premier étage de trempe à l'aide d'un bain de sels métalliques ou d'un bain d'huile, voire d'un bain de métal fondu (plomb).