Brevet FR2445385A1 — publié le 19800725

La présente invention se rapporte à un nouvel alliage pour le traitement désoxydant de l'acier. L'aluminium constitue à présent, avec le silicium et le manganèse, l'agent désoxydant le plus important dans la fabrication de l'acier. La présente invention concerne d'une marnière générale un perfectionnement de l'aluminium de désoxydation par adjonction d'un alliage. L'oxygène contenu dans l'acier fondu, qui provient de la fabrication, est fixé efficacement par l'aluminium, et l'acier est alors calmé, c'est-à-dire qu'on évite les dégagements de gaz et les phénomènes de ressuage au cours de--la solidifie?ticn. En outre, l'aluminium fixe l'azote dissous. Ces propriétés de l'aluminium sont exploitées en particulier à la fabrication des aciers calmés et stables au vieillissement et également dans le but de provoquer certaines précipitations dirigées dans la masse. En effet, ces précipitations conduisent à une augmentation de la dureté. Elles freinent en outre la croissance du grain aux températures élevées et contribuent ainsi à la fabrication d'aciers à grains fins présentant une forte résistance au choc sur entaille et un meilleur comportement aux basses températures. Toutefois, la désoxydation par l'aluminium a également des inconvénients. Le produit de la réaction de l'aluminium avec l'oxygène, l'alumine, ne fond pas, même aux températures les plus élevées rencontrées à la fabrication de l'acier. Il se- forme fréquemment des stries ou des traînées. Au façonnage de l'acier, par exemple par laminage, les agrégats d'oxyde sont alors étirés , ils amoindrissent les propriétés mécaniques de l'acier, en particulier dans la direction perpendiculaire à la direction du façonnage. Un autre inconvénient des inclusions d'oxyde provoquées à la désoxydation normale par l'aluminium réside dans leur forte dureté. Cette dureté provoque une usure indésirable des outils lors du travail des aciers désoxydés à l'aluminium par enlèvement de copeaux. On connait certes des procédés qui permettent d'éviter ces inconvénients dans un traitement subséquent. En dehors due ce r- tains procédés, par exemple un traitement par un gaz de balayage avec ou sans application du vide, un traitement par des composés de métaux alcalino-terreux modifie particulièrement les inclusions d'alumine. L'alumine est convertie par une réaction chimique avec l'oxyde alcalino-terreux formé, réaction à laquelle d'autres oxydes peuvent également participer, par exemple la silice, sous une formE qui pratiquement n'est plus gênante. Les composés formés sont liquides à la température de 1 acier fondu, ils se rassemblent en gouttes plus grosses et flottent àla surface de la masse en fusion. Les oxydes restant éventuellement dans 1' acier liquide ont, après refroidssement, une forme arrondie qui ne donne pas lieu à un étirage en longueur lors du façonnage subséquent, de sortie que l'on évite dans le produit fini une variation des propriétés mécaniques par rapport à la direction du façonnage. Ces propriétés modifiantes à l'égard des inclusions, en particulier pour le siliciure de calcium en tant que fournisseur de métal alcalino-terreux, sont connues. Elles constituent la raison principale de l'utilisation de siliciure de calcium à l'état de morceaux ou de poudre à la fabrication de l'acier. Toutefois, dans ces procédés, l'introduction du siliciure de calcium dans l'acier fondu se fait séparément, en lieu et en temps, de l'in-troduction de l'aluminium, de sorte qu'il est difficile de faire agir régulièrement le calcium à tous les endroits de la masse fondue. Il y aurait donc un grand intérêt à disposer d'un alliage permettant d'exploiter au mieux les avantages des composés principaux : aluminium et calcium. On utilise également pour le traitement désoxydant de l'acier du siliciure de calcium et des alliages à plusieurs composants contenant jusqu'à 60 % d'aluminium. Des alliages du commerce contiennent 7 à 30 % de calcium, 24 à 58 % de silicium et 10 à 56 % d'aluminium, c'est-à-dire des proportions relativement importantes de calcium et de silicium. Avec ces alliages à plusieurs composants, on peut effectivement faire agir 1' aluminium et le calcium en même temps aux mêmes endroits de l'acier fondu. Mais ces alliages ont l'inconvénie-nt de contenir de fortes proportions de calcium et de silicium et ils sont pénibles et coûteux à préparer par fusion en commun des composants. La demanderesse a cherché à remédier aux inconvénients des alliages utilisés antérieurement pour le traitement de l'acier en mettant au point un alliage à composition nouvelle ne provoquant pas d'inclusion gênante dans l'acier. L'invention comprend également l'utilisation de ce nouvel alliage dans la désoxydation de l'acier. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints-conformément à l'invention dans un alliage à base d'aluminium de désoxydation qui contient en outre du siliciure de calcium en quantités corresp-on- dant à une teneur en calcium de 1 à. 10 % en poids et à une teneur en silicium de 3 à 20 % en poids. Par ailleurs, et conformément à l'invention, on désoxyde l'acier par utilisation d'un alliage contenant de 1 à 10 % en poids de calcium, de 3 à 20 % en poids de silicium le solde consistant èn aluminium et les impuretés provenant habituellement de la préparation. Tenu compte des connaissances antérieures, Dn ne pouvait pas s'attendre à ce que des alliages de ce type permettent de modifier efficacement les inclusions d'alumine contenues dans l'acier. On a donc constaté avec beaucoup de surprise que des petites adjonctions de 1 à 10 % en poids de calcium et de 2 à 20 % en poids de silicium à l'aluminium de désoxydation suffisaient pour mettre les inclusions d'alumine sous une forme qui ne gêne plus dans l'acier. En effet, si l'on se base sur les diagrammes de fusion connus, aux proportions relatives correspondantes en oxyde de calcium, alumine et silice, il ne devrait pas apparaitre de composés liquides. Or. les essais pratiques ont montré que la teneur en oxydes d'un acier traité par un aluminium désoxydant allié conformément à l'invention avec seulement 2 % en poids environ de calcium et 6 % en poids environ de silicium était déjà améliorée dans une mesure déterminante. L'alliage pour le traitement de l'acier contient de préférence de 2 à 6 % en poids de calcium, de 4 à 15 % en-poids de silicium, solde à 100 % : aluminium. Cet alliage a un autre avantage : on le prépare facilement. Ainsi, on peut directement allier du siliciure de calcium à de l'aluminium fondu. On -évite ainsi une opération supplémentaire consommatrice d'énergie pour la fusion des deux composants. L'alliage selon l'invention contenant due 1 à 10 % en poids de calcium et de 3 à 20 % en poids de silicium, solde à 100 % : aluminium, peut ensuite être coul-é de la manière habituelle. On peut couler sans aucune difficulté sous la forme de saumons. de pièces en forme de cônes ou en forme de gouttes, ctest-à-dire sous les formes habituelles -pour l'aluminium de désoxydation. On.a simplement constaté qu'une température un peu plus forte facilitait la coulée. De même, les manipulations du siliciure de calcium mis en oeuvre ne deman dent pas de précautions particulières de la part du fondeur. Un avantage particulier du nouvel alliage réside en ce que le calcium introduit ne brûle que très lentement, a teneur diminue peu, même -au bout de quelques heures. En dehors des saumons, pièces en forme de cônes ou en forme de gouttes dont il a été question- plus haut, on peut égale ment former à partir de l'alliage selon l'invention de la grenaille, du fil, des barres ou de la poudre pour le traitement de l'acier. Pour préparer de la poudre destinée à -servir dans des opéràtions -d'injection ou d'insuffIation, on peut opérer soit par broyage -en- poudre de- l'alliage selon l'invention-, soit par mélange de poudre d'aluminium avec du siliciure de calcium broyé. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toute fois la limiter , dans ces exemples. les indications~de parties et de % s'entendent en poids sauf mention contraire. EXEMPLE 1. On traite une série de 18 coulées d'acier à revenu, 41 Cr4, tel qu'utilisé par exemple pour les pièces de véhicules matricées, -dans une poche de coulée d'environ 70 tonnes, mais au lieu d'utiliser l'aluminium de désoxydation habituel, on traite à 0,7 kg/t d'un alliage contenant 1,8 % de Ca, 6 % de Ci. complément : Al. Aux examens, on constate une pureté en oxydes nettement améliorée par rapport aux valeurs habituelles. La valeur K4'déter- minée selon le mode opératoire de la norme VDEh 1570/71 est inférieure à 10 pour 93 % des échantilions examinés. EXEMPLE 2. On soumet 6 coulées d'un acier pour outils, 55 NiCrMoV6, tel qu'utilisé par exemple pour la fabrication de matrices de compression et qui contient environ 0,02 à 0,03 % de S pour faciliter l'usinage, à un traitement d'insufflation dans une poche de 80 à 100 t. On insuffle dans l'acier fondu, à l'aide d'argon, 0,6 kg/t d'un mélange de 85 % de poudre d'aluminium et 15 % de siliciure de calcium finement broyé. Après le traitement. la teneur en soufre ne s'est abaissée que de 0,003 % , mais on constate une teneur remarquablement basse en impuretés oxydiques (pour tous les échan-tillons, la valeur K4, déterminée selon le mode opératoire de la norme V-DEh 1570/71 est inférieure à 103. Un traitement par de la poudre de siliciure de calcium pur conduit également à une très haute pureté en matiere d'oxydes, -mais le soufre, dont la présence est souhaitée, est éliminé par le siliciure de calcium. Une désoxydation par l'aluminium seul donne par contre des teneurs en oxydes beaucoup plus fortes que dans le cas du traitement par l'alliagse selon l'invention- REVENDICATIONS 1. Alliage pour le traitement de l'acier constitué de 1 à 10 % en poids de calcium, de 3 à 20% en poids de silicium, le reste étant de l'aluminium et les impuretés usuelles provenant de la préparation. 2. Utilisation d'un alliage selon la revendica-ti-on 1 pour la desoxydation de l'acier.