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PROCEDE POUR EVITER LES CRIQUES INTERIEURES ET LES FLOCONS DANS LES OBJETS
EN ACIER DEFORMES A CHAUD.
Il est connu qu'après le forgeage ou le laminage d'objets en acier classez grandes dimensions, il se forme des flocons ou des criques intérieures qui donnent souvent lieu à des déchets. Ces défauts sont attribués entrautres à l'hydro e @@@tenu dans l'acier. La littérature, mentionne différentes méthodes pour e@itar ces défauts Suivant une opinion largement répandue., il faut procéder à un refroidissement excessivement lent après le moulage à chaud et, à cette fin, il faut prévoir des durées de refroidissage atteignant plusieurs semaines .
Un moyen beaucoup plus efficace consiste en une déformation préalable, avec un recuit perlitisé subséquent à une température se situant immédiatement en-dessous du point de transformation (700 ), suivi du forgeage de finissage. Dans ce cas, la transformation gamma-alpha doit s'effectuer pendant le refroidissage et, en cas de besoin l'acier est réchauffé après la transformation accomplie jusqu'à un point se situant immédiatement en-dessous de AC2. Suivant la littérature de source américaine., l'acier est soumis à un refroidissage contrôlé après la déformation à chaud.
Ce refroidissage consiste à refroidir l'objet en acier forgé ou laminé jusqu'à environ 3000 - 400 et à le réchauffer immédiatement de nouveau jusqu'à un point situé immédiatement en-dessous de Ac1 (environ 650 - 720 ) et, à cette température l'acier est soumis à un recuit de longue durée. Lorsqu'il s'agit de lourdes pièces forgées,elles sont ensuite lentement refroidies dans le four à une vitesse d'environ 10 /heure, cependant dans ce cas il faut prévoir des durées atteignant 260 heures (voir Poole The Iron Age., 17 juillet 1947, pages 42/46).
Pour éviter les flocons ou les criques intérieures on travaille aussi fréquemment par double forgeage, c'est-à-dire que l'objet en acier est préforgé, il est très lentement refroidi jusqu'à la température ambiante dans le four ou dans des fosses de refroidissage remplies de gravier ou de cendres ou similaires,ensuite l'objet en acier est à nouveau chauffé, forgé fini et soumis à nouveau à un très lent refroidissage dans le four ou
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dans les fosses. Toutes ces mesures sont appliquées à une matière déjà déformée à chaud.
Cependant., malgré toutes ces mesures très couteuses et exi- geant un temps considérable, il est connu que dans les grandes pièces for- gées il subsiste toujours malgré tout de grands déchets en raison des flo- cons et des criques intérieures.
Suivant l'invention, l'élimination des défauts mentionnés de l'acier est obtenue par des mesures beaucoup plus certaines et moins coûteuses. Dans ce procédé., l'hydrogène de l'acier est éliminé non pas de l'objet en.acier déjà déformé ou prédéformé,mais bien du 'bloc- d'acier ooulé non encore déformé.
Le procédé réside dans le fait que le bloc coulé est refroidi jusqu'à ou en-dessous de la température de floculation., ensuite il est chauffé jusqu'à, des températures se situant immédiatement sous A1, il est maintenu pendant une durée suffisante à ces températures pour être ensuite forgé fini. Le refroidissage depuis la température de coulée jusqu'aux faibles températures peut être effectué de manière quelconque, bien entendu en évitant des vitesses de refroidissage qui pourraient entraîner des criques longitudinales dans la surface du bloc.
Ce point excepté, le refroidissa- ge sans ralentissement ou seulement peu ralenti du bloc qui vient d'être coulé, tout spécialement lorsqu'il s'agit d'aciers particulièrement sensi- bles à la floculation, permet une élimination particulièrement étendue et rapide de l'hydrogène au cours du recuit à un point situé en-dessous de Al du bloc. Il semble qu'il faut attribuer ceci au fait que lors d'un tel refroidissage, il se forme des criques intérieures et des flocons qui sont de nouveau éliminés lors du traitement subséquent.
Le procédé peut être appliqué avec succès aux aciers alliés, par- ticulièrement sensibles à la floculation et aux criques intérieures, spécia- lement aux aciers Gr-Ni, dont le point Ar1. ou de transformation gamma-alpha est fortement abaissé. Avec des conditions particulièrement désavanta- geuses, par exemple; teneur élevée en hydrogène du bloc coulé, blocs très lourds, degré réduit de forgeage, composition chimique désavantageuse etc.. où il était impossible, même à l'aide de toutes les mesures connues,de pro- duire des pièces forgées exemptes de flocons, le recuit de longue durée, à une température inférieure à A1. du bloc coulé atteint son but.
Exemples de comparaison:
Une lourde pièce forgée constituée par un bloc de 36 t, d'un acier à 0,45% G, 0,60% Mn, à quadruple forgeage, était recuit pendant 72 heures à 6800 après le forgeage et était refroidie ensuite à la tempéra- ture ambiante pendant trois semaines dans une fosse remplie de kieselgur et de gravier. Malgré tout, l'ébauche présentait des quantités importan- tes de grandes criques intérieures (flocons) .
Le même résultat était obtenu lorsque le bloc était préforgé, recuit à l'état préforgé pendant 72 heures à 680 , l'ébauche forgée finie étant refroidie pendant trois semaines dans la fosse à gravier-kieselgur.
Par contre, lorsque le bloc d'acier coulé de 36 t. était re- cuit après le refroidissage préalable pendant 72 heures à 650-7000, tempé- rature se situant immédiatement en-dessous de Ac1, l'ébauche pouvait être forgée finie avec la même chaleur et ensuite même être refroidie à l'air sans qu'il se présente des flocons ou des criques intérieures. Des obser- vations similaires pouvaient être faites avec d'autres dimensions de blocs et d'autres alliages d'acier. Le point important réside dans le fait que la durée du recuit de 72 heures soit éventuellement considérablement plus longue lorsque l'acier est plus sensible à la floculation. Il est évident que pour des blocs plus petits, de plus courtes durées de traitement suffi- sent .
Il pouvait être constaté que par le recuit, l'hydrogène était éliminé beaucoup plus facilement et plus rapidement du bloc coulé que des
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pièces forgées ou laminées ou préforgées Ceci est d'autant plus surpre- nant que la section transversale du bloc était de 2 à 4 fois, dans d'autres cas même de 10 fois plus grande que celle de l'ébauche forgée.
Il aurait été normal de supposer que la durée du recuit pour des blocs coulés aurait dù être un multiple de la durée du recuit des pièces forgées, déformées à chaud, par exemple, à la moitié ou au quart de la section transversale du bloc coulé, étant donné qu'avec la diffusion croissante, l'élimination de l'hydrogène tombe logarithmiquement. Cette réflexion constitue peut-être la raison pour laquelle les blocs coulés n'ont pas été soumis à un recuit à une température se situant immédiatement en-dessous de Ac1 pour éliminer l'hydrogène, mais bien l'objet fini avec sa section transversale beaucoup plus faible.
Le phénomène? à savoir que l'hydrogène peut être éliminé., lors du recuit, beaucoup plus rapidement des blocs coulés que des pièces défor- mées, peut être constaté également dans le cas où les blocs avant le recuit à des températures inférieures à A1 ne sont pas refroidis jusqu'aux températures auxquelles se forment des criques intérieures.
Pour raccourcir la durée du recuit du bloc il est parfois utle d'utiliser additionnellement lors et après le forgeage les mesures déjà con- nueso Dans des cas moins désavantageux une ou seulement certaines de ces mesures sont nécessaires. Par exemple, au lieu de préforger, de procéder au recuit perlitisé, du gorgeage subséquent et du lent refroidissage, il suffit de procéder au recuit du bloc coulé, de forger la pièce immédiate- ment et de la refroidir lentement. Dans de nombreux cas il ne faut même plus utiliser des mesures de sécurité lors et après le forgeage.
Le recuit du bloc coulé à une température située immédiatement en-dessous de Ac1 peut être avantageusement remplacé par un très lent re- froidissage dans des fours chauffés ou similaires, cependant, à ce sujet il est à remarquer qu'au fur et à mesure de l'abaissement de la température l'élimination de l'hydrogène se fait plus lentement. Suivant les constata- tions des inventeurs, lorsque la teneur en hydrogène est élevée, l'élimina- tion, toutes autres conditions restant identiques, ne représente que 84% à 6000 , 69%à 500 , 57% à 400 , 28% à 3000 de la quantité qui est éliminée à 700 . Il faut tenir compte de ces proportions et ralentir le refroidis- sage de manière à atteindre les durées nécessaires.
Dans des cas particu- lièrement délicats il est même à conseiller, après le recuit accompli, de refroidir encore jusqu'à environ 3000 ou de maintenir le bloc pendant un temps relativement long à des températures basses de 600 - 3000, étant donné que dans ce cas il se présente une très faible teneur en hydrogène- correspondant à la solubilité très faible de l'hydrogène.
Parfois il est également possible de laisser refroidir au pré- alable le bloc coulé, de l'amener de nouveau pendant très peu de temps à une température se situant immédiatement en-d.essous de Ac1 et de le lais- ser ensuite refroidir à nouveau très lentement.
Il est également possible de procéder de manière à mettre le bloc coulé chaud dans le four de recuit ou de refroidissage et de choisir., soit la méthode consistant à maintenir le bloc à une température située im- médiatement en-dessous de Ar1, soit de le refroidir en chauffant très lente- ment de façon que les durées nécessaires pour l'élimination de l'hydrogène soient atteintes.
Laquelle des méthodes doit être utilisée avec avantage dépend des conditions et exigences locales de l'exploitation.
Il est important d'avoir la garantie que l'acier se présente à l'état de coulée et dans la zone alpha, étant donné que, toutes les autres conditions restant identiques, l'élimination de l'hydrogène dans la zone gam- ma ne représente qu'environ un dixième de la quantité de celle dans le fer alpha; en outre, les durées doivent être suffisamment longues, elles doivent même être plus longues que celles utilisées actuellement lors du refroidis- sage de blocs coulés pour éviter les criques de tension.
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Le traitement à chaud suivant l'invention des blocs coulés , per- met d'éviter avec certitude la floculation ou les criques intérieures.
Les frais sont moins élevés que ceux pour les méthodes utilisées actuellement étant donné que le bloc coulé est recuit plus facilement et à moins de frais qu'une pièce forgée finie, encombrante. En outre, les durées excessivement longues de refroidissage des pièces forgées finies sont considérablement rac- courcies Il est également possible de négliger un gorgeage préalable et subséquent avec un traitement intermédiaire
Il est connu qu'un bloc refroidi, avant le forgeage à la tem- pérature ambiante, tend moins à la floculation que des blocs qui sont immé- diatement préforgés après la coulée,
cependant personne n'a jamais envisa- gé qu'il était possible d'éviter avec certitude et avec un maximum d'éco- nomie le risque de floculation en soumettant de tels blocs coulés à un re- cuit inférieur à A1 Suivant les opinions actuelles (voir Houdremont "Hand- buch der Sonderstahlkunde".1943, page 1941), on suppose qu'une partie de l'hydrogène s'accumule lors du refroidissage et sous la pression dans les bulles de gaz, les espaces creux, les criques, les inclusions et similaires et que cet hydrogène se dissout à nouveau lors du réchauffement subséquent à la température de forgeage;, tout particulièrement sous l'influence de la pression de forgeage.
Cependant les expériences des inventeurs prouvent que cet hydrogène s'échappe avec une très grande rapidité de 1; acier, seu- lement coulé, en raison de la non-étanchéité du bloc, lorsqu'il demeure à en-dessous de A1; les durées sont également beaucoup plus courtes que pour les pièces forgées de dimensions correspondantes.
Il est connu de soumettre des blocs d'acier de dimensions plus grandes à un "recuit de diffusion à une température plus élevée (environ 850 - 11000)., afin d'obtenir en premier lieu un équilibre des (fusions) cris- tallines. Il est également connu que dans ce type de recuit du bloc, la floculation dans la partie forgée finie ou laminée peut être réduite. Cepen- dant personne n'a envisagé que c'était le recuit du bloc coulé à une tempé- rature située immédiatement en-dessous de Ac1 qui procurait le résultat technique et économique escompté, à savoir l'exemption de flocons.
Ainsi qu'il ressort des examens des inventeurs, l'élimination de l'hydrogène, avec des teneurs plus élevées en hydrogène et toutes autres conditions iden- tiques, n'est à 900 par exemple que seulement un tiers des quantités qui sont éliminées à des témpératures de 7000. Lors du recuit de diffusion, les frais du recuit sont considérablement plus élevés et on n'obtient qu'une fraction de l'efficacité du procédé suivant l'invention.
Des blocs coulés qui doivent être déformés et qui sont trop durs à l'état coulée sont fréquemment recuits à des températures situées immédiatement en-dessous de Ac1. Pour obtenir un acier moins dur, la tem- pérature de recuit de Ac1 est souvent dépassée et le bloc est alors refroidi lentement au four ou est maintenu isothermiquement au point Ar1 ou immédia- tement en-dessous de ce point. Cependant dans ce procédé de recuit, les du- rées du recuit ou le maintien à la même température ne concernent pas la nécessité d'éliminer l'hydrogène, mais visent uniquement à obtenir un acier moins dur.
Pour cette raison ce procédé n'est utilisé qu'au moment du trai- tement des blocs; dans certains cas isolés également il est utilisé dans le but de libérer les blocs des tensions pour empêcher la formation'de criques de tension lors de l'emmagasinage. Ces mesures n'ont jamais été développées jusqu'à présent pour constituer un procédé servant à éliminer des flocons.
REVENDICATIONS.
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PROCEDURE FOR AVOIDING INTERIOR CRACKS AND FLAKES IN OBJECTS
IN HOT DEFORMED STEEL.
It is known that after the forging or rolling of steel objects of large dimensions, flakes or interior cracks are formed which often give rise to waste. These defects are attributed to the hydroelectricity held in the steel. The literature mentions different methods of dealing with these defects. It is widely believed that excessively slow cooling should be carried out after hot molding, and for this purpose cooling times of up to several weeks should be provided.
A much more efficient way is by pre-straining, with subsequent pearlite annealing at a temperature immediately below the processing point (700), followed by finish forging. In this case, the gamma-alpha transformation must take place during the cooling and, if necessary, the steel is reheated after the transformation accomplished to a point immediately below AC2. According to the American source literature, the steel is subjected to controlled cooling after hot deformation.
This cooling consists of cooling the forged or rolled steel object to approximately 3000 - 400 and immediately reheating it to a point immediately below Ac1 (approximately 650 - 720) and, at this temperature the steel is subjected to long-term annealing. When it comes to heavy forgings, they are then slowly cooled in the furnace at a rate of about 10 / hour, however in this case times up to 260 hours should be expected (see Poole The Iron Age., 17 July 1947, pages 42/46).
To avoid flakes or interior cracks, we also frequently work by double forging, that is to say that the steel object is pre-forged, it is very slowly cooled to room temperature in the oven or in pits. coolers filled with gravel or ash or the like, then the steel object is heated again, forged finished and again subjected to very slow cooling in the furnace or
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in the pits. All these measures are applied to a material which is already hot deformed.
However, despite all these very costly and time-consuming measures, it is known that in large forged parts there still remains, despite everything, great waste due to flocks and inland cracks.
According to the invention, the elimination of the mentioned defects of the steel is obtained by much more certain and less expensive measures. In this process, the hydrogen from the steel is removed not from the already deformed or pre-deformed steel object, but from the molded steel block not yet deformed.
The method resides in the fact that the cast block is cooled to or below the flocculation temperature., Then it is heated up to, temperatures immediately below A1, it is maintained for a sufficient time at these temperatures to then be forged finished. Cooling from casting temperature to low temperatures can be carried out in any way, of course avoiding cooling rates which could lead to longitudinal cracks in the surface of the block.
This point excepted, the cooling without slowing down or only slightly slowing down of the block which has just been cast, especially in the case of steels particularly sensitive to flocculation, allows particularly extensive and rapid removal of hydrogen during annealing at a point below Al of the block. This seems to be attributed to the fact that during such cooling, interior cracks and flakes are formed which are again removed during subsequent processing.
The process can be applied successfully to alloy steels, particularly sensitive to flocculation and internal cracks, especially to Gr-Ni steels, including point Ar1. or gamma-alpha transformation is greatly lowered. With particularly disadvantageous conditions, for example; high hydrogen content of the cast block, very heavy blocks, reduced degree of forging, disadvantageous chemical composition etc. where it was impossible, even by all known measures, to produce forged parts free from flakes, long-term annealing, at a temperature below A1. of the sunken block reaches its goal.
Examples of comparison:
A heavy forging made up of a 36 t block of 0.45% G, 0.60% Mn, quadruple forged steel, was annealed for 72 hours at 6800 after forging and then cooled to temperature. - ambient temperature for three weeks in a pit filled with diatomaceous earth and gravel. Even so, the blank showed significant amounts of large inland cracks (flakes).
The same result was obtained when the block was pre-forged, annealed in the pre-forged state for 72 hours at 680, the finished forged blank being cooled for three weeks in the gravel-diesel pit.
In contrast, when the 36 t. was re-fired after pre-cooling for 72 hours at 650-7000, temperature immediately below Ac1, the blank could be forged finished with the same heat and then even be air-cooled without any 'there are flakes or inland cracks. Similar observations could be made with other sizes of blocks and other steel alloys. The important point is that the 72 hour annealing time is possibly considerably longer when the steel is more sensitive to flocculation. Obviously, for smaller blocks shorter treatment times are sufficient.
It could be seen that by annealing, hydrogen was removed much more easily and quickly from the cast block than from
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forgings or rolled or pre-forged This is all the more surprising since the cross section of the block was 2 to 4 times, in other cases even 10 times larger than that of the forged blank.
It would have been normal to assume that the annealing time for cast blocks should have been a multiple of the annealing time of forgings, hot-deformed, for example, at half or quarter of the cross-section of the cast block, since with increasing diffusion the removal of hydrogen falls logarithmically. This reflection is perhaps the reason why the cast blocks were not subjected to annealing at a temperature immediately below Ac1 to remove the hydrogen, but the finished object with its cross section much weaker.
The phenomenon? that the hydrogen can be removed., during annealing, much faster from cast blocks than from deformed parts, can be seen also in the case where the blocks before annealing at temperatures below A1 are not cooled to temperatures at which inland cracks form.
In order to shorten the duration of the annealing of the block it is sometimes useful to use additionally during and after forging the measures already known. In less disadvantageous cases one or only some of these measures are necessary. For example, instead of pre-forging, pearlite annealing, subsequent gouging and slow cooling, just anneal the cast block, forge the part immediately and cool it slowly. In many cases it is no longer even necessary to use safety measures during and after forging.
Annealing the cast block at a temperature immediately below Ac1 can be advantageously replaced by very slow cooling in heated furnaces or the like, however, in this connection it should be noted that as and when the lowering of the temperature the elimination of hydrogen takes place more slowly. According to the findings of the inventors, when the hydrogen content is high, the elimination, all other conditions remaining identical, only represents 84% at 6000, 69% at 500, 57% at 400, 28% at 3000. of the amount that is eliminated to 700. These proportions must be taken into account and the cooling should be slowed down to achieve the necessary times.
In particularly delicate cases it is even advisable, after annealing completed, to cool down further to about 3000 or to keep the block for a relatively long time at low temperatures of 600 - 3000, since in this case In this case, there is a very low hydrogen content - corresponding to the very low solubility of hydrogen.
Sometimes it is also possible to let the cast block cool down beforehand, bring it again for a very short time to a temperature immediately below Ac1 and then let it cool again. very slowly.
It is also possible to proceed so as to place the hot cast block in the annealing or cooling furnace and to choose either the method consisting in maintaining the block at a temperature immediately below Ar1, or cool it by heating it very slowly so that the times necessary for the elimination of the hydrogen are reached.
Which of the methods should be used with advantage depends on local operating conditions and requirements.
It is important to have the guarantee that the steel is present in the state of casting and in the alpha zone, since, all other conditions remaining the same, the removal of hydrogen in the gamma zone is only about a tenth the amount of that in alpha iron; in addition, the times must be sufficiently long, they must even be longer than those currently used when cooling cast blocks to avoid stress cracks.
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The heat treatment according to the invention of the cast blocks makes it possible to avoid with certainty flocculation or interior cracks.
Costs are lower than those for methods currently in use since the cast block is annealed more easily and at less cost than a finished, bulky forging part. In addition, the excessively long cooling times of the finished forgings are considerably shortened. It is also possible to neglect a preliminary and subsequent filling with an intermediate treatment
It is known that a block cooled, before forging at room temperature, tends to flocculate less than blocks which are pre-forged immediately after casting,
however, no one ever considered that it was possible to avoid with certainty and with a maximum of economy the risk of flocculation by subjecting such cast blocks to an annealing lower than A1 According to current opinions (see Houdremont "Handbuch der Sonderstahlkunde". 1943, page 1941), it is assumed that part of the hydrogen accumulates during cooling and under pressure in gas bubbles, hollow spaces, cracks, inclusions and the like and that this hydrogen dissolves again on subsequent heating to the forging temperature, especially under the influence of the forging pressure.
However, the experiments of the inventors prove that this hydrogen escapes with a very great speed of 1; steel, only cast, due to the block's leakage, when it remains below A1; the times are also much shorter than for forgings of corresponding dimensions.
It is known to subject steel blocks of larger dimensions to diffusion annealing at a higher temperature (about 850-11000), in order to obtain a balance of crystalline (melts) in the first place. It is also known that in this type of block annealing the flocculation in the finished or rolled forged part can be reduced, however no one has envisioned that this is the annealing of the cast block at a temperature immediately below. below Ac1 which provided the expected technical and economic result, namely the exemption of flakes.
As emerges from the inventors' examinations, the elimination of hydrogen, with higher hydrogen contents and all other identical conditions, is at 900 for example only one third of the quantities which are eliminated at 900. temperatures of 7000. During diffusion annealing, the costs of the annealing are considerably higher and only a fraction of the efficiency of the process according to the invention is obtained.
Cast blocks which must be deformed and which are too hard in the cast state are frequently annealed at temperatures immediately below Ac1. To obtain a softer steel, the annealing temperature of Ac1 is often exceeded and the block is then cooled slowly in the furnace or is isothermally maintained at or immediately below point Ar1. However, in this annealing process, the durations of the annealing or the maintenance at the same temperature do not relate to the need to remove the hydrogen, but aim only to obtain a less hard steel.
For this reason, this method is only used when processing the blocks; in some isolated cases also it is used for the purpose of releasing the blocks from tensions to prevent the formation of stress cracks during storage. These measures have never been developed heretofore to constitute a method for removing flakes.
CLAIMS.
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