Brevet FR2443510A1 — publié le 19800704

La présente invention concerne un alliage à base de silicium, contenant de petites quantités de magnésium, pour désoxyder les aciers et un procédé pour la mise en oeuvre desdits alliages. L'emploi de silicium pour désoxyder les aciers au carbone est connu et utilisé par ltensemble des sidérurgistes depuis des dizaines d'années. Cette pratique met en jeu un ensemble de réactions chimiques d'oxydo-réduction qui peuvent être schématisés par où ~t se rapporte aux éléments dissous dans la phase métallique. où ( ) se rapporte aux éléments insolubles dans la phase métallique. Cette technique d'une mise en oeuvre très simple fait appel à des alliages dans lesquels le silicium est généralement allé au fer dans des proportions très variables suivant la nature des traitements effectués : en pratique, on utilise le plus souvent des alliages dont les teneurs en silicium sont comprises entre 25 et 98 Z. Les alliages de silicium utilisés pour la désoxydation de l'acier cour portent en général à titre d'impuretés, des éléments -secondaires dont les plus courants sont A1 C 2 Z Ca ( 2 Z C, Ti, Cr, Cu et Ni S et P ( 0,02 % Fe et/ou Mn = solde si de tels alliages sont d'un emploi particulièrement aisé, ils n'en présentent pas moins un certain nombre d'inconvénients dont les principaux sont les suivants: a) les inclusions, riccies en silice décantent trop lentement, b) les sur-concentrations en silicium favorisent la formation de grosses inclu sions, c) les inclusions ainsi formées qui n' arrivent pas à décanter et restent au sein de l'acier ne présentent qu'une faible déformabilité aux températures de lami nage et de forgeage. L'emploi de ces alliages laisse dans l'acier des inclusions siliceuses de tailles souvent grosses et groupées en amas : l'acier ainsi obtenu est donc "sale", ses propriétés mécaniques sont localement dégradées, sa mise en forme est difficile et l'aspect de surface des produits transformés est médiocre. Ltobjet de l'invention est un nouveau type d'alliage, qui permet de supprimer les inconvénients de l'art antérieur, alliage dans lequel du magnésium est associé au silicium et au fer, ce dernier élément ayant pour but d'accroître la densité des alliages et d'augmenter 1' activité thermodynamique du magnésium, du fait de sa très faible solubilité dans le fer. Ces alliages sont caractérisés par une composition pondérale.-comprise dans les limites suivantes Silicium : 60 à 80 Z Magnésium : 0,5 à 2 Z Aluminium : 0,01 à 2 Z Calcium ; 0,01 à 2 Z Carbone : 0,01 à 0,5 Z fer = solde Ges alliages peuvent, en outre, contenir les impuretés habituelles telles que le phosphore, le soufre, le chrome, le manganèse, le titane ne dépassant pas au total 0,5 Z. Les avantages offerts par l'association du magnésium et du silicium dans des alliages désomydants sont multiples et l'utilisation de ces alliages améliore de façon considérable les caractéristiques des aciers. Le magnésium présent dans les alliages de silicium revendiqués conduit, en présence d'oxygène, à la formation de silicates de magnésium, qui associés aux oxydes de calcium et d'aluminium provenant des impuretés normalement présentes dans le ferro, favorisent la coalescence des inclusions et leur décantation. Le pouvoir désoxydant du magnésium est considérable car son affinité pour l'oxygène est bien supérieure à celle du silicium et même de l'aluminium. L'activité du magnésium étant très élevée en présence de fer en excès, lorsque les alliages revendiqués se dissolvent dans l'acier, le dégagement de ma gnésium produit une forte turbulence dont l'effet est de favoriser la décantation des produits de désoxydation et d'éviter les surconcentrations locales en produits désoxydants. La turbulence créée dans l'acier par la vaporisation du magnésium au voisinage des morceaux d'alliages désoxydants pendant leur dissolution, disperse et brise les silicates au fur et à mesure de leur formation : les inclusions non métalliques quipeuvent subsister dans l'acier sont donc à la fois fines et disiez sées. On constate en outre que les silicates complexes qui résument de la désoxydation de l'acier par les alliages revendiqués, ont une forme globulaire. Cette propriété diminue considérablement la nuisance des quelques inclusions non métalliques pouvant subsister dans l'acier solidifié. La mise en oeuvre des alliages selon l'invention ne présente aucune difficulté particulière. Pour obtenir une désoxydation optimale, on les ajoute à l'acier en fusion à raison de 0,5 à 10 kg et de préférence de 1 à 6 kg par tonne d'acier. I1 est parfois avantageux de procéder à un premier traitement de désoxydation classique permettant d'abaisser la teneur de l'acier en oxygène en-des sous de 0,05 Z. Addition des alliages désoxydants selon l'invention est effectuée de façon très tardive, c'est-a-dire soit dans le four, peu de temps avant la coulée, soit en poche, mais en évitant autant que possible le contact del'alliage désoxydant avec des laitiers contenant de l'oxyde de fer en quantité notable (par exemple plus de 5 %) de façon à éviter la formation d'inclusions de silicate de fer très nocives. Au moins trois modes d'introduction dans l'acier des alliages désoxydants selon l'invention peuvent être employés séparément ou conjointement - addition en poche de gros morceaux, par exemple de 10 à 150 mm, - addition dans le chenal de coulée de petits morceaux par exemple de 1 à 20 mm, - injection en suspension dans un gaz neutre, en poche, dans le four ou dans la lingotière > de l'alliage broyé en grains inférieurs à 2 mm par exemple. Les exemples qui suivent permettent de préciser la mise en oeuvre des alliages selon l'invention. EXEMPLE 1 On a traité dans un convertisseur à l'oxygène 1 tonne de fonte et 300 kg de ferrailles du commerce. Ce traitement a été effectué en présence de 120 kg de chaux destinée à scorifier les impuretés nuisibles et en particulier le phosphore. Après achèvement du soufflage à l'oxygène, on a obtenu 1220 kg d'acier ayant la composition C = 0,05 % Si = 0,01 Z Mn = 0,12 % P = 0,010 Z S = 0,015 % 0 = 0,07 % Cet acier a été coulé à une température de 15800C dans une poche garnie de réfractaire : la coulée a été effectuée à partir d'un orifice aménagé dans la paroi du convertisseur de sorte que la scorie d'élaboration ne parvienne dans la poche qu'en quantité minime. Durant la conlée de l'acier dans la poche, on a ajouté d'une part 6,5 kg d'un alliage silicié, conforme à l'invention, en morceaux de 10 à 40 mm, répondant à l'analyse suivante Si = 76,5 % Mg = 1,07 Z Al = 1,52 Z Ca = 0,86 % C = 0,05 % Fe = solde et d'autre part, en vue de la mise au titre de racler désiré, 14 kg de ferromanganèse carburé ayant l'analyse suivante Mn = 78,2 Z C = 6,7 % Si = 0,3 Z Fe = solde Après achèvement de la coulée, on a prélevé un échantillon d'acier dans la pot che, et on a trouvé la composition suivante Si = 0,322 Z Mn = 0,97 % C = 0,123 Z P = 0,012 Z Mg::traces inférieures au seuil de détection 0 Après coulée dans une installation continue et laminage, les tests d'essais mécaniques effectués sur éprouvette prélevés sur une tôle de 12 mmm ont révélé que les résiliences dans le sens travers étaient au moins égales à 87 % des résiliences dans le sens long. EXEMPLE 2 On a chargé dans un four électrique, 1 tonne deferraille du commerce et 1 tonne de chutes d'acier 16 NDC6 (C = 0,16 Z ; Ni = 1,5 Z ; Cr = 1 Z ; Mo = 0, 15 %) en vue d'obtenir environ 2 tonnes du même acier 16NDC6. Après fusion et addition de 180 kg de chaux, on a soufflé de l'oxygène puis décrassé, prélevé un premier échantillon, puis, sur la base du résultat de son analyse, procédé à la mise au titre par addition de ferro-chrome, ferro-nickel, et ferronolybdène, procédé a une première désoxydation par introduction de 4 kg de ferro-silicium à 74,8 Z de silicium, puis de 1 kg d'aluminium en "étoiles". Durant la coulée dans la poche, on a ajouté 11,5 kg d'un alliage silicié, conforme à l'invention, en morceaux de 10 à 50 mn,répondant à l'analyse suivante Si = 65,4 Z Mg = 0,92 Z Al = 0,95 Z Ca = 0,68 Z C = 0,05 Z La teneur en oxygène de l'acier obtenu a été trouvée inférieure à 0,01 Z ; la présence de magnésium n'a pas pu etre détectée. Après coulée et laminage à 10 me, les tests mécaniques effectués sur éprouvettes ont montré que les résiliences en travers étaient au moins égales à 89 Z des résiliences en long. REVENDICATIONS 1 ) Alliage à base de silicium, pour la désoxydation des aciers caractérisé en ce qu'il comporte : Silicium : 60 à 80 Z Magnésium : 0,5 à 2 Z Aluminium : 0,01 à 2 X Calcium : 0,01 à 2 Z Carbone : 0,01 à 0,5 Z ;fer:différence à 100, et les impuretés habituelles tèlles que soufre, phosphore, chrome, manganese, titane à une teneur ne dépassant pas au total 0,5 Z. 20) Procédé de désoxydation des aciers au moyen d'un alliage à base de silicium, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'acier en fusion, à la fin de son élaboration, de 0,5 à 10 kg,et de préférence de I à 6 kg par tonne d'un alliage désoxydant ayant la composition suivante Silicium : 60 à 80 Z Magnésium : 0,5 à 2 Z Aluminium : 0,01 à 2 Z Calcium : 0,01 à 2 Z Carbone : 0,01 à 0,5 Z fer: différence à 100, ainsi que les impuretés habituelles telles que soufre, phosphore, chrone, manganèse, titane à une teneur ne dépassant pas au total 0,5 Z. 3 ) Procédé de désoxydation des aciers selon la revendication 2, caractérisé en ce que, préalablement à l'introduction de l'alliage désoxydant on a abaissé de façon connue, la teneur en oxygène de l'acier au-dessous de 0,05 Z en poids. 40) Procédé de désoxydation des aciers selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'addition d'alliage désoxydant est effectuée après élimination de tout laitier pouvant contenir plus de 5 Z en poids d'oxydes de fer.