CH634112A5 - Procede de carburation de l'acier. - Google Patents

Description

La présente invention concerne un procédé de carburation gazeuse d'acier et plus précisément un tel procédé selon lequel le réglage de l'atmosphère est optimisé.

La carburation est le mode classique de cémentation de l'acier à faible teneur de carbone. Dans la carburation gazeuse, l'acier est exposé à une atmosphère de carburation qui s'écoule rapidement, pendant un temps prédéterminé, jusqu'à ce que la quantité voulue de carbone se soit introduite par la surface de l'acier jusqu'à une profondeur prédéterminée appelée épaisseur de cémentation. La couche formée par cémentation a de bonnes propriétés d'usure étant donné sa dureté très élevée, alors que la partie interne de l'acier, c'est-à-dire celle qui se trouve au-delà de l'épaisseur de cémentation, formant l'âme, reste relativement molle et ductile et a de bonnes qualités de ténacité. On utilise des aciers cémentés dans des pignons d'engrenage, des arbres à came, des obus, des cylindres et des goupilles par exemple, la combinaison d'une surface résistant bien à l'usure avec une âme tenace étant importante dans ces applications. La carburation et en particulier la carburation gazeuse, la carboni-truration et une liste plus importante de divers éléments d'acier soumis à une carburation figurent dans l'ouvrage «Metals Hand-book», de T. Lyman, The American Society for Metals, Novelty, Ohio, 1948, pp. 677-697. Des fours de carburation, de recuit en caisses et de type pit, dans lesquels la carburation est mise en œuvre, sont décrits dans l'ouvrage «The Making, Shaping and Treating of Steel», 8e éd., 1964, pp. 1058-1068. Des fours de carburation sont aussi décrits dans l'ouvrage précité «Metals Handbook», plus précisément dans l'article «Electricity Heated Industriai Furnaces», de Cherry et coll., pp. 273-278, et notamment aux fig. 1,2 et 8, cette dernière figure représentant un exemple de four poussant utilisé couramment pour la carburation de manière continue, comme variante du traitement discontinu.

On s'est rendu compte depuis longtemps que l'atmosphère de carburation devait être réglée afin que la quantité voulue de carbone soit introduite à la profondeur voulue et, en outre, afin que la pièce ne subisse pratiquement pas de décarburation et d'oxydation. L'utilisation en excès et superflue des gaz qui sont utilisés pour la formation de l'atmosphère de carburation a aussi été reconnue depuis longtemps. A cet effet, on a suggéré l'enrichissement de l'atmosphère de carburation, son épuration par filtrage et par purge, et sa recirculation à débit élevé. On constate cependant que toutes ces suggestions compliquent le procédé de carburation. La solution commode en pratique, utilisée par les industriels dans ce domaine, est la mise en œuvre d'un débit élevé et constant de gaz endogène endo (le véhicule gazeux le plus couramment utilisé pour la formation de l'atmosphère de carburation) et qui sera précisé ci-dessous au cours de l'opération de carburation; ce procédé, bien que consommant du gaz naturel de façon superflue, est simple et forme une atmosphère convenable de carburation. Malheureusement, les gaz (notamment les liquides vaporisés), par exemple le gaz naturel, le méthane et le

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propane, qui forment les sources du gaz endo utilisé pour la formation de l'atmosphère de carburation, sont de plus en plus rares surtout lorsqu'il fait froid, et/ou ils sont relativement coûteux. Il est donc devenu souhaitable que l'utilisation excessive de ces gaz soit éliminée sans perte cependant de la simplicité du procédé ou réduction du réglage de l'atmosphère.

L'invention concerne ainsi un perfectionnement à un procédé connu de carburation, permettant la réduction considérable de la quantité de gaz nécessaire à la formation de l'atmosphère de carburation, le procédé restant simple et l'atmosphère de carburation restant convenable.

Plus précisément, l'invention concerne un perfectionnement à un procédé connu de carburation, ne présentant pas les inconvénients précités. Le procédé connu utilisé pour la carburation de l'acier avec maintien ou création d'une concentration de carbone en surface d'au moins 0,4%, par rapport au poids de l'acier. Le procédé est mis en œuvre dans un four ayant au moins une chambre de carburation qui est fermée, mis à part au moins un passage permettant l'introduction de l'acier dans la chambre et sa sortie de la chambre, celle-ci ayant un dispositif d'ouverture et de fermeture du passage, le procédé comprenant l'ouverture du passage, l'introduction d'acier par le passage dans la chambre, la fermeture du passage, l'exposition de l'acier à une atmosphère de carburation à une température comprise entre 650 et 1200° C jusqu'à ce que l'acier soit carburé, l'ouverture du passage, le retrait de l'acier par le passage et la fermeture de ce dernier.

Le perfectionnement à ce procédé connu comprend l'introduction d'un véhicule gazeux et d'un hydrocarbure gazeux dans la chambre pour former l'atmosphère de carburation qui comprend, en pourcentage d'un volume total de l'atmosphère de carburation, celle-ci contenant les pourcentages en volume des constituants suivants:

Oxyde de carbone: 4 à 30

Hydrogène: 10 à 60

Azote: 10 à 85

Anhydride carbonique: 0 à 4

Vapeur d'eau: Oà 5

Hydrocarbure: 1 à 10 l'hydrocarbure étant présent en quantité suffisante pour que ZA reste

à une valeur sensiblement égale à:

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ZA représentant le pourcentage volumique de l'anhydride carbonique, X le pourcentage volumique de carbone, KA la constante d'équilibre de la réaction 2 CO «3 C + C02, Y étant un pourcentage pondéral prédéterminé de carbone à la surface de l'acier, par rapport au poids de ce dernier, et g étant le coefficient d'activité pour le carbone dissous dans l'acier, le véhicule étant introduit à faible débit lorsque le passage est fermé et à débit élevé lorsque le passage est ouvert,

i) le faible débit minimal suffisant pour que les espèces contenant de l'oxygène pénétrant dans la chambre soient limitées au point que la quantité d'hydrocarbure nécessaire au maintien de la valeur de ZA comme indiqué précédemment ne dépasse pas 10%,

ii) le faible débit maximal ne dépassant pas la moitié du débit élevé minimal, et iii) le débit élevé minimal suffisant à empêcher pratiquement l'oxydation et la décarburation de l'acier.

Bien qu'on ait indiqué que le procédé porte sur la carburation, les hommes du métier peuvent noter que le terme carburation utilisé dans le présent mémoire pour le procédé indiqué désigne tout procédé de traitement thermique de l'acier dans lequel le carbone de l'acier est réglé à l'aide d'un hydrocarbure, par exemple la carburation, la carbonitruration, la trempe brillante (dans laquelle la teneur initiale en carbone est simplement conservée), le rétablissement du carbone et d'autres procédés de type analogue, les avantages obtenus étant les mêmes. Lorsque le procédé est la carburation, la carbonitruration ou la recarburation, du carbone est ajouté. Lorsque le procédé

est la trempe brillante, l'acier a une teneur initiale en carbone qui est conservée au cours du procédé. Le carbone est introduit suivant une réaction correspondant à l'une des équations A, B et C indiquées dans la suite.

Les fours utilisés lors de la mise en œuvre du procédé de l'invention sont habituellement de construction classique. Les fours de recuit en caisses, de type pit et les fours poussants ont été cités, mais de nombreuses variantes existent. Ces fours ont en commun un dispositif de chauffage et de refroidissement, une ou plusieurs chambres de carburation dans lesquelles les pièces sont placées sur une sole ou une plate-forme ou sont suspendues et sont exposées à la chaleur et à l'atmosphère de carburation, et une ou plusieurs portes destinées au passage de l'acier qui entre dans la chambre ou en sort. En plus des éléments indiqués, des dispositifs évents évitent habituellement une pression excessive, des vestibules sont placés entre les portes donnant accès à la chambre et les portes externes du four, et des ventilateurs de circulation facilitent le transfert de chaleur et le transfert de masse en phase gazeuse. Le four poussant (continu) ne diffère qu'en ce qu'il comporte une série de chambres et de portes par lesquelles les pièces sont poussées d'une extrémité du four à l'autre. Une différence importante entre les fours discontinus et les fours continus est que la carburation dans les premiers ne commence pas tant que le four n'a pas atteint la température de carburation, habituellement 30 min environ après la fermeture des portes, et il n'y a pas d'ouverture de porte avant la fin du cycle de carburation, pouvant atteindre 4 h environ ultérieurement. D'autre part, dans les fours continus, les portes sont ouvertes et fermées fréquemment, par exemple toutes les heures.

Les chambres de carburation des fours intéressants selon l'invention sont fermées, c'est-à-dire que les dispositifs évents ou les autres orifices par lesquels les gaz peuvent circuler vers la chambre ou à partir de celle-ci sont fermés ou maintenus fermés au cours de l'opération, sauf évidemment dans les passages, portes et autres orifices par lesquels circulent les pièces d'acier introduites dans la chambre ou extraites de celle-ci, les canaux d'entrée de gaz nécessaires à la transmission de l'atmosphère de carburation, et les canaux d'échantillonnage couramment utilisés pour les essais. Le but recherché avec une chambre fermée est la réduction au minimum de l'entrée de gaz oxydant et la limitation des pertes d'atmosphère de carburation. Cependant, les spécialistes peuvent noter que certaines fuites peuvent être tolérées, au détriment des caractéristiques optimales. La chambre fermée, bien qu'elle ne soit pas courante, peut comprendre des chambres qui sont réalisées sans dispositifs évents ou autres orifices, mis à part les passages de circulation de gaz, les canaux nécessaires à l'entrée des gaz et les canaux d'échantillonnage. Même lorsque les portes ou d'autres passages sont fermés, il faut noter que les joints des portes et d'autres joints laissent passer les gaz, puisque tous les joints sont vulnérables au passage des gaz. On constate que l'utilisation de la chambre fermée et des joints classiques de portes, compte tenu du faible débit utilisé selon l'invention, empêchent de façon convenable une entrée importante d'air et réduisent au minimum les fuites de l'atmosphère lorsque les portes sont fermées, l'atmosphère qui sort et l'air qui pénètre constituant un obstacle l'un pour l'autre.

L'ouverture et la fermeture des portes et l'introduction des pièces d'acier ou le chargement peuvent être réalisés manuellement ou automatiquement, mais il s'agit d'une opération classique là encore, de même que la température interne de la chambre dans laquelle a lieu la carburation. Cette température est comprise entre 650 et 1200°C et de préférence entre 815 et 1010e C.

La durée de la carburation est comprise entre 1 et 50 h, par exemple entre 3 et 9 h. Cependant, on choisit des temps particuliers en fonction de l'épaisseur de cémentation voulue, et de l'expérience tirée de diverses pièces, de diverses concentrations de carbone et de diverses atmosphères.

L'atmosphère de carburation est habituellement obtenue par introduction de gaz endo, de gaz endo séché ou d'azote et de méthanol (ou d'éthanol) dans la chambre de carburation. L'atmos5

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phère peut être formée par introduction de chacun de ces constituants dans les proportions voulues, mais cette disposition n'est utilisable en pratique qu'à l'échelle du laboratoire. Dans l'industrie, le gaz endo est préparé dans un générateur convenable par réaction d'air avec du gaz naturel (ou de propane). Ces générateurs de gaz fonctionnent indépendamment du four et sont plus fiables lorsque leur débit est pratiquement constant. Les variations importantes de débit, compte tenu de l'introduction de gaz supplémentaire dans le four lorsque les passages sont ouverts,

limitent la fiabilité du générateur de gaz endo. La réaction de l'air et du gaz naturel forme un mélange contenant essentiellement de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et de l'azote, et ce mélange est appelé gaz endo.

Un exemple de composition de gaz endo formée à partir de gaz naturel contient 20 à 23% d'oxyde de carbone, 30 à 40% d'hydrogène, 40 à 47% d'azote, 0 à 1 % de vapeur d'eau et 0 à 0,5% d'anhydride carbonique. La composition du gaz endo varie avec celle du gaz naturel utilisé pour sa formation. Le gaz endo peut subir une purification qui retire l'humidité et l'anhydride carbonique.

Le gaz endo est une source pour l'atmosphère de carburation. Une autre source est formée par l'azote et le méthanol. Ces sources, ainsi que d'autres utilisées pour la formation de l'atmosphère de carburation, sont couramment appelées véhicules gazeux, et on utilise cette expression dans le présent mémoire. Cette expression véhicule gazeux désigne donc tous les gaz et/ou liquides (qui se vaporisent ou se décomposent aux températures du four) et leurs mélanges utilisés pour la formation de l'atmosphère dans la chambre de carburation. On a indiqué deux sources, le gaz endo et la combinaison azote/méthanol. Il faut noter que l'azote et le méthanol sont introduits de façon générale dans la chambre séparément bien qu'habituellement simultanément. L'éthanol peut remplacer le méthanol, avec des résultats analogues. L'oxyde de carbone, l'hydrogène et l'azote peuvent aussi être introduits dans la chambre en quantité convenable, séparément mais habituellement simultanément. L'eau n'est pas introduite intentionnellement, mais circule sous la forme de vapeur; elle peut pénétrer dans la chambre avec le gaz endo ou avec l'air qui s'infiltre dans la chambre malgré les précautions. On note aussi que l'eau est un produit de la réaction qui a lieu dans la chambre. L'anhydride carbonique pénètre dans la chambre d'une façon analogue à l'eau. L'utilisation de gaz endo ou de combinaison azote/méthanol purifié ou séché comme véhicule gazeux permet la réduction de l'introduction de l'anhydride carbonique et de la vapeur d'eau depuis l'extérieur de l'installation. Comme le méthanol est habituellement fourni à l'état purifié dans l'industrie, la purification du gaz endo n'est pas utilisée en général pour le méthanol.

Les constituants de l'atmosphère de la chambre et leurs pourcentages volumiques, par rapport au volume total de l'atmosphère de la chambre, sont les suivants:

Constituant de l'atmosphère

Pourcentage volumique, plage maximale

Pourcentage volumique, plage préférée

Oxyde de carbone

4 à 30

18 à 23

Hydrogène

10 à 60

27 à 45

Azote

10 à 85

34 à 47

Anhydride carbonique

Oà 4

Oà 1

Vapeur d'eau

Oà 5

Oà 2.

Hydrocarbure

1 àlO

là 8

Le gaz endo introduit de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et de l'azote alors que le méthanol introduit de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène. L'oxyde de carbone et l'hydrogène réagissent avec formation de carbone et d'eau et l'oxyde de carbone lui-même forme du carbone et de l'anhydride carbonique. Lhydrocarbure se décompose en formant du carbone et de l'hydrogène.

Les équations des réactions sont les suivantes:

2CO«2C +C02 (A)

CO + H2?±C + H20 (B)

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Lors de l'utilisation du méthane comme exemple d'hydrocarbure, on obtient:

CH4 -» C + 2 H2 (C)

io II apparaît que l'atmosphère doit être à l'état réducteur à tout moment afin que les métaux ne s'oxydent pas sous l'action de l'air, de l'eau et de l'anhydride carbonique.

L'hydrocarbure peut être d'un type quelconque qui se décompose sous forme de carbone et d'hydrogène dans la plage de températures 15 indiquée précédemment. Cette expression désigne ainsi les hydrocarbures formés d'atomes de carbone et d'hydrogène, tels les hydrocarbures aliphatiques, et cycloaliphatiques, saturés ou non, et les hydrocarbures ayant 1 à 5 atomes de carbone, le méthane étant utilisé le plus couramment, le gaz naturel étant utilisé en général 20 comme source de méthane. Le propane est aussi utilisé dans certains cas, de même que des butanes et des pentanes. Le constituant hydrocarbure est souvent considéré comme un gaz d'enrichissement. L'expression hydrocarbure gazeux est utilisée dans le présent mémoire pour désigner des hydrocarbures qui sont sous forme de gaz ou 25 de liquides (qui se vaporisent aux températures du four) ainsi que leurs mélanges.

La quantité d'hydrocarbure gazeux est réglée par introduction d'une quantité suffisante pour que le paramètre ZA soit maintenu à

un niveau à peu près égal à:

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dans laquelle ZA représente le pourcentage volumique d'anhydride carbonique, X le pourcentage volumique d'oxyde de carbone, KA la 35 constante d'équilibre de la réaction:

2CO«=»C + C02

Y représente le pourcentage pondéral prédéterminé de carbone sur la surface de l'acier, par rapport au poids de l'acier (Y étant égal au .40 pourcentage pondéral du carbone voulu jusqu'à l'épaisseur de cémentation), et g le coefficient d'activité pour le carbone dissous dans l'acier.

Les hommes du métier peuvent noter facilement que le maintien de la quantité convenable d'hydrocarbure maintient aussi ZB à peu 45 près égal à:

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ZB représentant alors le pourcentage volumique de vapeur d'eau, X, 50 Y et g ayant la même signification que précédemment, KB étant la constante d'équilibre de la réaction:

C0 + H2?±Ç + H20

et Q étant le pourcentage volumique d'hydrogène. Ainsi, le maintien 55 de ZB représentant la vapeur d'eau provoque le maintien de ZA représentant l'anhydride carbonique et inversement.

On note aussi facilement que le maintien de la quantité convenable d'hydrocarbure assure aussi le maintien du paramètre ZD à peu près à la valeur:

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ZD représentant la racine carrée de la concentration d'oxygène, X, Y et g ayant la même signification que précédemment et KD étant la 65 constante d'équilibre de la réaction:

CO?±Ç+ '/202.

Ainsi, le maintien de ZD représentant la racine carrée de la

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concentration d'oxygène provoque le maintien du paramètre ZA concernant l'anhydride carbonique et inversement.

Dans les équations qui précèdent, on a utilisé l'expression à peu près pour indiquer que, en pratique, étant donné les différences de caractéristiques des fours, de l'échantillonnage de l'atmosphère ou d'autres paramètres, l'égalité n'est pas toujours obtenue. Un facteur de correction représenté par l'expression à peu près est considéré comme compris entre 0,5 et 1,5.

Comme la vitesse de diffusion du carbone dans l'acier est proportionnelle au gradient de carbone dans l'acier, il est avantageux que la quantité de carbone introduite soit élevée au début du cycle de carburation et plus faible lorsque la carburation progresse. Lorsque la concentration du carbone en surface dépasse la solubilité du carbone dans l'acier, il se forme de la suie (carbone) à la surface. Le maintien de l'hydrocarbure à une valeur pour laquelle ZA est à peu près égal à:

résout ce problème, pourvu que Y ait une valeur inférieure à la solubilité du carbone dans l'acier.

La quantité d'hydrocarbure est élevée ou abaissée afin que ZA reste à la valeur indiquée. En plus de la réaction correspondant à l'équation (C) indiquée précédemment, l'hydrocarbure présente des réactions suivant les équations suivantes, indiquées pour le méthane: CH4 + C02 -> 2CO + 2H2 (D)

CH4 + H20 - CO + 3 H2 (E)

L'espèce oxygène sous forme d'eau, d'anhydride carbonique,

d'air ou d'oxydes pénètre constamment dans la chambre de traitement thermique à partir de diverses sources comme indiqué précédemment: l'infiltration d'air, l'anhydride carbonique et l'eau du gaz endo, les réactions à la surface de l'acier, et l'eau et les oxydes transportés avec les pièces. Les concentrations des espèces contenant l'oxygène dans l'atmosphère du four sont réglées par réglage de l'hydrocarbure introduit et du débit du véhicule gazeux.

Il faut noter qu'un pourcentage en poids environ au maximum de carbone introduit dans la chambre de carburation est utilisé pour la carburation de l'acier. En conséquence, une réduction importante du débit ne limite pas la quantité de carbone disponible pour la carburation.

De faibles débits sont imposés lorsque les passages par lesquels les pièces ou la charge circulent, sont fermés, et des débits élevés sont utilisés lorsque les passages sont ouverts. Il est avantageux que la période de débits élevés se poursuive pendant un temps relativement court après fermeture des passages afin que l'atmosphère voulue de carburation soit bien maintenue, cette atmosphère pouvant être perturbée lorsque les passages sont ouverts et peu de temps après, étant donné la forte perte de charge. Le débit élevé permet la compensation des perturbations.

Comme indiqué, le faible débit minimal suffît à limiter la quantité d'espèces contenant de l'oxygène qui pénètrent dans l'atmosphère de la chambre, si bien qu'il faut une quantité ne dépassant pas 10% d'hydrocarbure et de préférence ne dépassant pas 8% pour que le paramètre ZA garde une valeur indiquée précédemment. La limitation de cette quantité d'hydrocarbure assure l'absence de formation de suie dans le procédé indiqué. Un tel débit minimal maintient l'atmosphère de carburation à un niveau convenable et empêche l'infiltration d'air. L'utilisation de gaz endo séché réduit encore le débit minimal. Le mélange azote/méthanol à faible teneur en eau et anhydride carbonique est avantageux aussi à cet égard.

Le faible débit maximal ne dépasse pas la moitié du débit élevé minimal et il est destiné à empêcher les pertes de véhicule gazeux et, à cet effet, il est avantageux que le faible débit maximal ne dépasse pas le quart environ du débit élevé minimal.

Le débit élevé minimal empêche pratiquement et suffisamment l'oxydation et la décarburation de l'acier et on peut le déterminer par réduction du débit progressivement jusqu'à ce que des échantillons métalliques présentent une décarburation ou une oxydation. Le débit élevé minimal est en outre déterminé par analyse des échantillons métalliques, indiquant si l'acier est carburé à la vitesse convenable. L'analyse des échantillons métalliques est réalisée de manière classique. Des contrôles visuels peuvent être réalisés par observation du bleuissement (oxydation superficielle) ou de la formation de suie (dépôt de carbone).

Il est très avantageux que le faible débit et le débit élevé soient utilisés à leur valeur minimale afin que l'utilisation du gaz reste minimale. Le dépassement du minimum n'est pas avantageux, sauf pour empêcher la réduction du débit au-dessous de la valeur minimale par inadvertance à la suite d'une cause quelconque. Aucun débit élevé maximal n'est indiqué puisque la limite supérieure est fixée uniquement pour des questions pratiques. Il est avantageux que le débit élevé utilisé soit le plus faible possible.

Le véhicule gazeux utilisé avec un faible débit comme avec un débit élevé peut être le gaz endo, mais il est avantageux, pour le maintien des générateurs du gaz endo à un débit constant qui assure efficacement leur fiabilité, que la différence entre le faible débit et le débit élevé soit transmise par un véhicule gazeux différent, par exemple du type azote/méthanol ou azote/gaz naturel. L'utilisation d'un véhicule gazeux eutre que le gaz endo pour le complément entre le faible débit et le débit élevé met à disposition une source d'atmosphère dont le débit peut être modifié facilement et rapidement afin que les rapports de l'eau à l'azote et de l'anhydride carbonique à l'oxyde de carbone soient maintenus, de sorte que l'atmosphère est toujours réductrice. Lorsque le réglage du carbone de surface est primordial, par exemple dans les procédés continus, on constate que le mélange azote/méthanol est avantageux. Dans un four discontinu dans lequel le réglage du carbone n'est pas aussi primordial dans la partie initiale du cycle, le mélange azote/méthanol ou azote/gaz naturel peut être utilisé efficacement, puisque la concentration élevée de méthane du gaz naturel est entraînée avec le courant de faible débit et la concentration de l'oxyde de carbone augmente jusqu'à ce que cette matière fournisse la plus grande partie du carbone. Dans certains fours discontinus, l'azote seul peut être utilisé pour la formation du courant supplémentaire dans la mesure où l'atmosphère dans la chambre de carburation reprend la composition voulue avant que la charge atteigne la température de carburation.

Le dispositif utilisé pour la variation du débit lors de l'ouverture de la porte (transition du faible débit au débit élevé) est classique, par exemple mettant en œuvre des électro vannes ou autres vannes automatiques avec des dispositifs de synchronisation et/ou de verrouillage.

Lors de l'utilisation d'azote et de gaz naturel, il apparaît que l'un quelconque des hydrocarbures indiqués précédemment peut remplacer le gaz naturel. On considère qu'il fait partie de l'hydrocarbure gazeux qui, avec le véhicule gazeux, forme l'atmosphère de carburation décrite précédemment. Les plages acceptables et les plus avantageuses d'hydrocarbures dans l'atmosphère ne sont pas modifiées, étant donné l'utilisation du mélange d'azote et de gaz naturel pendant le cycle à débit élevé.

Des compositions avantageuses de véhicule gazeux pour le faible débit et le débit élevé sont: i) l'utilisation d'un débit constant de gaz endo à faible débit, pendant toute l'opération, avec du gaz supplémentaire du type azote/méthanol pour le débit élevé, et ii)

l'utilisation du mélange azote/méthanol pour le faible débit et le débit élevé à la fois.

Un avantage de la mise eii œuvre du procédé selon l'invention avec une source d'azote est que, dans le cas d'une panne des générateurs de gaz endo, par exemple par panne d'électricité, par interruption de l'alimentation en gaz naturel ou pour toute autre raison, l'azote peut être utilisé pour sauver la charge d'acier du four contre l'oxydation en surface. L'utilisation du mélange azote/méthanol dans le véhicule gazeux au cours du procédé présente l'avantage supplémentaire de donner une bonne reproductibilité (par rapport au gaz endo).

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La carbonitruration est habituellement mise en œuvre à des températures de la partie inférieure de la plage de 650 à 1200° C. Une plage de 705 à 885° C est avantageuse. Dans ce cas, de l'ammoniac anhydre ou avec très peu d'eau est utilisé pour la formation d'azote à la surface de l'acier. Bien que la concentration d'ammoniac dépende de la dimension du four, de la température utilisée et d'autres détails du procédé, une quantité de 1 à 10% en volume par rapport au volume total de l'atmosphère de carburation est par exemple utilisée.

On considère maintenant vingt exemples de mise en œuvre de l'invention. Ces exemples sont mis en œuvre dans un four de carburation du type utilisé pour le recuit en caisses, de type classique, mais à petite échelle. Le four a une chambre ou zone principale de chauffage et un vestibule. La chambre a un volume d'environ 851. Une porte est placée entre la chambre et le vestibule et une autre entre le vestibule et l'extérieur du four. La chambre comprend un moufle formé d'un alliage contenant 76% de nickel, 16% de chrome et 6% de fer, et l'acier (ou la charge) à carburer est placé dans le moufle. Un ventilateur de 0,25 kW, utilisé pour la circulation de l'atmosphère, donne au courant une vitesse comparable à celle des fours de carburation de dimension normale. Des éléments de chauffage électrique placés au fond et sur les côtés sont réglés avec un thermocouple placé dans le moufle, près de la charge. Un autre organe de commande, ayant un thermocouple placé entre le moufle et les éléments de chauffage, arrête l'alimentation lorsque le four est au-delà d'une température de sécurité.

L'atmosphère pénètre dans la chambre par un tube placé le long de la partie supérieure du four et dirigé vers le ventilateur. L'atmosphère est aspirée dans un échangeur de chaleur refroidi par de l'eau, par une pompe à diaphragme qui permet l'analyse de l'anhydride carbonique et du méthane par des analyseurs infrarouges, de l'azote, de l'oxyde de carbone et du méthane par Chromatographie en phase gazeuse, et de l'humidité à l'aide d'une coupelle à rosée. Le courant échantillonné dans son ensemble est recyclé dans la chambre. La seule sortie de l'atmosphère est fermée de façon étanche, si bien que la totalité du courant pratiquement passe par la porte vers le vestibule.

La composition de l'atmosphère dans le vestibule est essentiellement la même que celle de la chambre, ce fait indiquant que la porte reliant la chambre au vestibule ne constitue pas une barrière pour la circulation libre de l'atmosphère entre la chambre et le vestibule. Tout le véhicule gazeux et l'hydrocarbure gazeux (gaz d'enrichissement) sont introduits directement dans la chambre. La température de la charge diffère de moins de 6 C de la température de réglage. La charge est formée par environ 18 kg de tiges d'acier SAE 8620 de diverses dimensions, comprenant une tige de 2,5 cm de diamètre. Cette tige est usinée progressivement et les résidus d'usinage sont analysés afin que la teneur en carbone soit déterminée.

Tableau I-

Le gaz endo de synthèse est préparé par addition de 0,5% d'eau (dans un saturateur à garnissage d'anneaux Raschig à 4,75 bar et 20°C environ) dans un mélange de 40% d'azote, 40% d'hydrogène et 20% d'oxyde de carbone, ces pourcentages étant donnés en volume 5 par rapport au volume total du mélange de l'azote, de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. On ajoute alors au gaz 0,25% en volume d'anhydride carbonique. L'atmosphère du four est réglée par addition de méthane à l'aide d'une soupape manosensible de commande, en fonction de la concentration de l'anhydride carbonique et suivant io l'équation précitée:

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La durée de la carburation est de 4 h à partir du moment auquel 15 la température de la chambre (ou de travail) est de 927° C. Après 4 h, la charge est retirée vers le vestibule et s'y refroidit pendant 2 h. On n'utilise pas de trempe.

Le procédé expérimental est le suivant.

1) On établit un débit élevé de 12751/h et on permet à

20 l'atmosphère du four d'atteindre la valeur réglée pour COz, comme indiqué pour 3 et 4.

2) On charge le vestibule.

3) On charge le four lorsque C02 revient à 0,33%.

4) On réduit le débit à la faible valeur lorsque C02 revient à y 0,33%.

5) On maintient C02 à 0,2% (exemples 1 à 6) ou 0,125% (exemples 7 à 20) jusqu'à ce que le thermocouple de réglage atteigne 927° C (début de la carburation).

6) On règle à la valeur voulue pour C02 pendant 4 h.

30 7) On enregistre le débit de gaz naturel, la concentration du méthane et la concentration de C02 toutes les heures.

8) On enregistre les résultats de Chromatographie en phase gazeuse et de point de rosée 1 h et 4 h après le début de la carburation.

35 9) On élève le débit à la valeur élevée et on tire la charge dans le vestibule.

10) On maintient le débit élevé dans le vestibule pendant 2 h, puis on retire.

Les tableaux I, II et III indiquent les différents paramètres et les 40 résultats obtenus. L'abréviation Ch désigne la période comprise entre le chargement et le début de la carburation. L'abréviation Tr désigne la période comprise entre le moment où le thermocouple atteint la température de travail et la fin de carburation. Dans la seconde colonne (description), le véhicule gazeux de faible débit se trouve au-45 dessus et le véhicule gazeux de débit élevé en dessous. Lorsque le véhicule gazeux de débit élevé est précédé du signe +, le véhicule gazeux de faible débit doit être ajouté au véhicule gazeux de débit élevé pour l'obtention du véhicule gazeux total de débit élevé.

■partie gauche

Exemple

Description

Temps

Débits (1/h)

Demande en méthane

(1)

Temps

N°

(h)

N2,CO,H2

co2

ch4

h2o

(h)

1

4251N2, CO, H2

8501N2, CO, H2 à ouverture de porte

0

1

2,1 3,3 4

425 425 425 425 425

—

23,2

22.4 13,9

9,1

10.5

—

Ch 56,0 Tr 47,5

0

1

2,1 3,3 4

2

4251 Endo

4251 Endo + 8501N2, MEOH à ouverture de porte

0

1

1,75

3,1

4

425 425 425 425 425

1,1 1,1 1,1 1,1 1,1

42,5

48,1

34

34

31

Satà 4,69 bar

Ch 144 Tr 129

0

1

1,75

3,1

4

7

Tableau I-partie gauche (suite)

634112

Exemple N°

Description

283 1N2, CO, H2

4251 Endo + 8501N2 MEOH à ouverture de porte

Temps (h)

0

1

2,4

3

4

Débits (1/h)

N2, CO, H2

283 283 283 283 283

CO,

CH,

25,2 23,5 19,5 16,7 18,7

H,0

Demande en méthane

(1)

Ch

77.3 Tr

67.4

8501 Endo

4251 + 8501N2, MEOH à ouverture de porte

0

1

2,3 3,3 4

850 850 850 850 850

2,1 2,1 2,1 2,1 2,1

31

34

24,9

22,4

19

Satà 4,69 bar

Ch 98,8 Tr 86,3

283 1 Endo

4251 Endo + 8501N2, MEOH à ouverture de porte

0

1

1,75

2,9

4

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

64,8

47,8

42,7

39

39

Satà 4,76 bar

Ch 164 Tr 140

2831N2 - MEOH

4251 Endo + 8501N2, MEOH à ouverture de porte

N2

113 113 113 113 113

MEOH

(cm3/min) 1,58 1,58 1,58 1,58 1,58

50

28,3

20,1

17

14,7

Ch 90,6 Tr 67,4

8501 Endo

8501N2-MEOH + 4251N2, CO, Ho à ouverture de porte

850 850 850 850 850

2,1 2,1 2,1 2,1 2,1

46,1

38.8 32,3

28.9 28,6

Satà 4,69 bar

Ch 130,5 Tr 106,7

2831 Endo

8501N2-MEOH + 4251N2, CO,H2 à ouverture de porte

0

1

2

3,1 4

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

83,2

47,5 40,2

Satà 4,69 bar

Ch 192 Tr 161

2831 N2,C0,H2

9901N2-MEOH+

2831N2, CO, H2 à ouverture de porte

0

1

2

3,1 4

y

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

83,2

47,5 40,2

Satà 4,69 bar

Ch 192 Tr 161

2121N2, CO, H2

10 10601N2—MEOH+

+ 2121N2, CO, H2

0

1

2

3,25 4

212 212 212 212 212

62,8 50,4 46,7 42,2 42,7

Ch 187 Tr 154

2831N2, CO, H2

H 8501N2 + 1421CH4

à ouverture de porte

283 283 283 283

28,3

35,4

16,4 13,3

Ch 67,9 Tr 50,9

12

2121 Endo

10601N2-MEOH

+ 2121 Endo à ouverture de porte

0

1

2,5 3,5 4

212 212 212 212 212

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

Satà 4,76 bar

Ch

153,1

Tr

118,9

634112

8

Tableau I-partie gauche (suite)

Exemple

Description

Temps

Débits (1/h)

Demande en méthane

(1)

Temps

N°

(h)

N2,CO,H2

C02

CH4

h2o

(h)

13

2831 Endo (four continu)

+ 9901N2-MEOH à ouverture de porte

0

1

2

3

4

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

59 23,8

16.7 20,1

17.8

Satà 4,76 bar

Ch 93,4 Tr 65,1

0

1

2

3 .

4

14

283 1 Endo

9901N2- MEOH à ouverture de porte

0

1

2

3

4

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

56

31,1

22,1

16,4

16,7

Satà 4,76 bar

Ch 99 Tr 73,6

0

1

2

3

4

15

2831 Endo

9901N2 à ouverture de porte

0

1

1,9 3,1 4

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

29,1 27,5 16,1 17,3 12,7

Satà 4,76 bar

Ch 77,3 Tr 62,8

0

1

1,9 3,1 4

16

1421 Endo

1132 lN2-MEOH à ouverture de porte

0

1

2,5 3,1 4,16

142 142 142 142 142

2,8 2,8 2,8 2,8 2,8

34,5 34 31,1 29,1

Satà 4,76 bar

Tr

114,6

0

1

2,5 3,1 4,16

n2

ch3oh

17

212 1N2-ME0H

1060 1N2-MEOH à ouverture de porte

0

1

2

3

4

85 85 85 85 85

33,7 33,7 33,7 33,7 33,7

62.5 34,8 22,0 15,8

15.6

Ch 102,7 Tr 72,7

0

1

2

3

4

n2

CH3OH

18

142 lN2-MEOH 1132 lN2-MEOH à ouverture de porte

0

1

2

3

4

56 56 56 56 56

22,5 22,5 22,5 22,5 22,5

38,8 35,4 33,4

32.3

29.4

Ch

136,7

Tr

109,5

0

1

2

3

4

n2,co,h2

19

2831 Endo

0

1,1

2

3

4

283 283 283 283 283

0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

44,7 20,4 12,7 14,2 9,1

Satà 4,76 bar

Ch 79,5 Tr 54,3

0

1,1

2

3

4

MEOH (cm3/min)

20

2831 MEOH

+ 9901N2 à ouverture de porte

0

1

2

3

4

2,65 2,65 2,65 2,65 2,65

45,8 47,0

33.4

34.5 42,5

Ch 160,5 Tr 133,3

0

1

2

3

4

9

Tableau I-partie droite

634112

Exemple

I.R. (vol. %)

Atmosphère du four g.c. (% volume)

H2 (par

Temps

Point de rosée de l'eau (1)

Volume n°

co2

ch4

co

Temps (h)

n2

ch4

co différence)

(h)

(%)

1

0,20

0,125

0,125

0,125

0,125

0,6 3,2 1,6 1,6 1,6

1 4

34.4

34.5

2,0 1,5

20 20

43,6 44

1 4

-12 -11

0,24 0,26

2

0,20

0,125

0,125

0,125

0,125

3.4

4.7

3.8

3.5 3,5

1

3

4

31,8

32,8 32,8

5,2

3,4 3,6

19

20 20

44

43,8 43,6

1. 4

-12 -10

0,24 0,28

3

0,20

0,125

0,125

0,125

0,125

2,5 2,8 2,5 2,5 2,5

1 4

34 35,6

2,7 1,9

19,6 20,6

43,7 41,9

1 4

-11 -11

0,26 0,26

4

0,20

0,125

0,125

0,125

0,125

1,2 2,1 1,8 1,7 1,6

1

3,3 4

34,9

34,3 34

1,7 1,4

20,7

20,5 20,2

• 42,7

43,5 44,4

1 4

-12 -12

0,24 0,24

5

0,20

0,125

0,125

0,125

0,125

5

4,7 4,5 4,3 4,0

1 4

34,4 34,3

4,5 4,2

18 20,1

45,1 41,4

1

-11

0,26

6

0,20

0,125

0,125

0,125

0,125

2,4 2,7 2,3 2,0 2,0

0

1

2

3

4

34

34.1

33.2 34 34

3,4 2,4 1,6 1,9 1,0

19,6

19,5

20,3

19

19,5

43

44,1

44,9

45,1

45,5

1 4

-11 -10,5

0,26 0,27

7

0,125 0,105 0,105 0,105 0,105

2,1 2,25 2,1 1,8

1,75 •

20 20 20 20 20

1 4

35

2,23

18,6

44,2

1 4

-13 -12

0,22 0,24

8

0,125

0,105

0,105

0,10

0,10

5.2

4.3 3,6

3.3

3.4

18,5 18,5 18,7 19,0 19,0

1 4

32,6

4,85

17,6

45,0

1

-12,5 -13,5

0,23 0,21

9

0,125

0,10

0,096

2,0 1,8 1,5

19,7 19,0 19,5

1 4

35,4 34,2

1.6

1.7

18,4 18,1

44,6 46

1 4

-12 -13

0,24 0,22

10

0,125

0,11

0,11

0,10

0,10

5,2 4,5 4,1 3,9 3,7

18,5 19,0 19,0 19,2 19,2

1

33

5,3

17,0

44,7

1 4

-13,5 -13

0,21 0,22

634112

10

Tableau I-partie droite (suite)

Exemple

I.R. (vol. %)

Atmosphère du four g.c. (% volume)

H2 (par

Temps

Point de rosée de l'eau (1)

Volume n°

co2

ch4

co

Temps

(h)

n2

ch4

co différence)

(h)

(%)

11

0,125 0,098 0,098 0,095

1,8 2,0 2,0 1,8

19,0

19.5

19.6 20,0

0

1

4

37.5 35,9

34.6

3,6 2,9

1,5

18,6 18,9

18,1

40,3 42,3

45,8

1 4

-13,5 -13,5

0,21 0,21

12

0,125

0,10

0,10

0,10

0,10

4,6 4,1 3,65

3.4

3.5

19,0 19,0 19,5 19,7 19,5

1 4

34,1 34,9

4,3 4,1

18,1 18,9

43,5 42,1

1 4

-13 -13

0,22 0,22

13

0,086

0,085

0,09

0,095

0,095

4,5 3

2,5 1,7

20

20

20,5

20

20

1 4

33,3 33,5

1,9 1,9

20,7 20

44,1 44,6

1

4

-13,5 -13,5

0,21 0,21

14

0,125 0,075 0,075 0,075 0,075

4,5 3,2 2,2 2,0 1,8

19,0 19,0 19,3 19,5 19,5

1 4

34,1 33,7

3,2 1,8

18,1 18,5

44,6 46

1 4

-16 -15,5

0,15 0,16

15

0,125

0,10

0,10

0,10

0,095

3,2 2,7 2,1 1,9 1,7

18,5 19,5 19,7 19,7 20

1 4

34,7 34,7

2,4 1,7

18,1 18,1

44,5 45,5

1 4

-13,5 -13

0,21 0,22

16

0,125

0,10

0,10

0,097

0,095

5,3

4.1 3,7 3,5

3.2

18,5

19

19

19

19

1

33,5

3,4

18

45,1

1

-14

0,20

17

0,125

0,10

0,10

0,10

0,095

5,1 3,6 2,3 2,1 1,8

18.5 19,4

19.6 19,6 19,8

1 4

31,5 34,7

2,5

19,2 18,9

45,7

1

-13

0,22

18

0,125 0,097 0,097 0,097 0,097

3,5 4,0 4,0 3,7 3,5

18,7 18,7 19,1 19,3 19,5

1 4

33,4 33,0

4,8 3,7

18,1 18,3

43,7 45

1 4

-14 -13

0,20 0,22

19

0,125 0,097 0,077 0,097 0,097

1,8 1,4 1,1 1,0 0,8

19.4

19.5

19.8

19.9 20,0

1 4

35,6 36,0

1,7 1,0

18,9 19,2

43,8 43,8

1 4

-12

0,24

20

0,33

0,174

0,174

0,174

0,174

3,7 4,0

3.6

3.7 4,5

25 25 25 25 25

0

1

9,6 7,2

4,97 3,6

24,5 23

61 66

11 634112

Tableau II

Résultats métallurgiques (concentration du carbone)

Exemple N°

Profondeur de coupe (mm)

Carbone en surface (% en poids)

Profondeur (mm)

0,064

0,127

0,254

0,381

0,508

0,635

0,762

0,889

1,016

1

0,745

0,741

0,752

0,723

0,644

0,554

0,470

0,405

0,344

0,75

0,863

2

0,804

0,813

0,776

0,689

0,590

0,509

0,422

0,349

0,351

0,81

0,762

3

0,771

0,789

0,741

0,663

0,571

0,490

0,487

0,410

0,346

0,80

0,838

4

0,835

0,853

0,812

0,721

0,627

0,538

0,456

0,381

0,313

0,85

0,787

5

0,860

0,893

0,844

0,744

. 0,655

0,558

0,478

0,415

0,351

0,9

0,838

6

0,812

0,824

0,770

0,683

0,599

0,516

0,432

0,371

0,307

0,81

0,762

7

0,78

0,80

0,77

0,70

0,61

0,53

0,46

0,38

0,32

0,80

0,800

8

0,82

0,83

0,79

0,70

0,61

0,51

0,44

0,37

0,32

0,82

0,787

9

0,79

0,82

0,76

0,67

0,60

0,52

0,44

0,38

0,33

0,81

0,787

10

0,86

0,85

0,79

0,70

0,63

0,53

0,46

0,39

0,33

0,86

0,826

11

0,88

0,87

0,81

0,73

0,63

0,55

0,47

0,39

0,33

0,88

0,787

12

0,91

0,92

0,85

0,78

0,68

0,58

0,49

0,42

0,36

0,92

0,863

13

0,80

0,82

0,77

0,68

0,59

0,52

0,45

0,38

0,34

0,82

0,787

14

0,93

0,94

0,88

0,79

0,69

0,59

0,50

0,42

0,37

0,94

0,863

15

0,76

0,80

0,76

0,71

0,59

0,50

0,43

0,37

0,31

0,80

0,762

16

0,82

0,87

0,81

0,72

0,64

0,55

0,47

0,40

0,33

0,82

0,826

17

0,80

0,84

0,79

0,72

0,64

0,55

0,48

0,40

0,34

0,80

0,826

18

0,84

0,88

0,83

0,76

0,67

0,58

0,50

0,42

0,36

0,84

0,863

19

0,63

0,77

0,77

0,69

0,62

0,54

0,45

0,39

0,33

0,63

0,787

20

1,00

1,10

1,07

0,96

0,85

0,75

0,64

. 0,54

0,45

1,0

1,003

Tableau III

avec: KA = 0,0175

Kb = 0,025

Y = 0,08 (sauf exemple 14 où Y = 1,0)

g = 0,725

Exemple N°

Temps

(h)

ZA

X

zB

Q

Réel

Facteur = ——

ZA

Réel

Facteur = ~z—

zB

1

1

0,12

20

0,38

44

0,66

1

4

0,12

20

0,38

44

0,68

1

0,11

19

0,38

44

0,63

2m

4

0,12

20

0,38

44

0,74

X

1

0,12

20

0,37

44

1,04

0,70

4

0,13

21

0,38

42

0,96

0,68

A

1

0,13

21

0,39

43

0,96

0,62

H

4

0,12

20

0,38

44

1,04

0,63

C

1

0,10

18

0,35

45

1,25

0,74

J

4

0,12

20

0,35

41

1,04

(L

1

0,115

19,5

0,37

44

1,09

0,70

0

4

0,115

19,5

0,38

45,5

1,09

0,71

7

1

0,12

20

0,38

44

0,88

0,58

/

4

0,12

20

0,88

o

1

0,10

18

0,35

45

1,05

0,66

o

4

0,10

19

1,0

Q

1

0,10

18

0,35

45

1,0

0,69

y

4

0,10

18

0,36

46

0,96

0,61

634112

12

Tableau III (suite)

Exemple N°

Temps (h)

Za

X

zB

Q

Facteur =

Réel

"z7

Facteur

Réel zT

10

1

0,11

19

0,37

45

1,0

0,57

4

0,11

19

0,91

11

1

0,11

19

0,34

42

1,1

0,62

4

0,10

18

0,36

46

1,16

0,58

12

1

0,10

18

0,34

44

1,0

0,65

4

0,11

19

0,34

42

1,1

0,65

13

1

0,13

21

0,40

44

0,65

0,53

4

0,12

20

0,39

45

0,80

0,54

14

1

0,08

18

0,28

45

0,94

0,54

4

0,09

19

0,30

46

0,83

0,53

15

1

0,10

18

0,35

45

1,0

0,60

4

0,10

18

0,36

46

0,95

0,61

16

1

0,10

18

0,35

45

1,0

0,57

4

0,91

0,58

17

1

0,11

19

0,38

46

0,91

0,58

4

0,11

19

0,36

44

0,86

18

1

0,10

18

0,34

44

0,96

0,59

4

0,10

18

0,34

45

0,88

0,63

19

1

0,11

19

0,36

44

0,88

0,67

4

0,11

19

0,36

44

0,88

20

0

0,19

25

0,66

61

0,89

1

0,16

23

0,65

66

1,04

Notes des tableaux I, II et III I.R. = analyse infrarouge

% en volume = pourcentage volumique par rapport au volume total de N2, CO et H2 G.C. = analyse par Chromatographie en phase gazeuse

MEOH = méthanol

Endo = gaz endo de synthèse indiqué précédemment

Sat = saturé

% en poids = pourcentage pondéral par rapport au poids total de l'acier

ZA = pourcentage volumique d'anhydride carbonique

ZB = pourcentage volumique de vapeur d'eau

Ka = constante d'équilibre de la réaction

2 CO Ç + C02 X = pourcentage volumique d'anhydride carbonique

Y = pourcentage pondéral prédéterminé de carbone à la surface de l'acier par rapport au poids de l'acier g = coefficient d'activité pour le carbone dissous dans l'acier

Kb = constante d'équilibre de la réaction

CO + H2 Ç + H2O

Q = pourcentage volumique d'hydrogène

Facteur = facteur de correction indiqué précédemment et représenté par l'expression à peu près.

Les exemples 4 et 7 simulent les procédés classiques mis en œuvre avec un débit élevé. Dans l'exemple 19, l'acier est totalement bleui, et la faible concentration de carbone en surface indique une décarburation. L'exemple 13 simule un procédé continu qui pourrait être mis en œuvre dans un four poussant. La porte externe est ouverte pendant 1 min, deux fois chaque heure. Les débits élevés sont utilisés pendant 5 min pendant et après chaque ouverture de portes dans 65 tous les exemples, sauf les exemples 4,7 et 19.

R

Claims (10)

634112

1. Procédé de carburation d'acier dans un four ayant au moins une chambre de carburation qui est fermée sauf par au moins un passage destiné à l'introduction de l'acier dans la chambre et à son extraction, la chambre ayant un dispositif d'ouverture et de fermeture du passage, le procédé comprenant l'ouverture du passage, l'introduction d'acier dans la chambre par le passage, la fermeture du passage, l'exposition de l'acier à une atmosphère de carburation à une température comprise entre 650 et 1200° C jusqu'à carburation de l'acier, l'ouverture du passage, le retrait de l'acier par le passage et la fermeture de ce dernier, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction d'un véhicule gazeux et d'un hydrocarbure gazeux dans la chambre pour la formation de l'atmosphère de carburation, celle-ci contenant les pourcentages en volume des constituants suivants:

Oxyde de carbone: 4 à 30 Hydrogène: 10 à 60 Azote: 10 à 85 Anhydride carbonique: 0 à 4 Vapeur d'eau: 0à5 Hydrocarbure: 1 à 10,

le pourcentage volumique correspondant au volume total de l'atmosphère,

a) l'hydrocarbure étant présent en une quantité qui suffit au maintien du paramètre ZA à une valeur à peu près égale à:

ZA représentant le pourcentage volumique de l'anhydride carbonique,

X représentant le pourcentage volumique de l'oxyde de carbone,

Ka représentant la constante d'équilibre de la réaction

2CO?±Ç + C02,

Y représentant un pourcentage pondéral, prédéterminé de carbone présent à la surface de l'acier, par rapport au poids de l'acier, et g représentant le coefficient d'activité pour le carbone dissous dans l'acier, et b) le véhicule gazeux étant introduit à faible débit lorsque le passage est fermé et à débit élevé lorsque le passage est ouvert,

i) le faible débit minimal suffisant pour que les espèces contenant de l'oxygène qui pénètrent dans l'atmosphère soient limitées, si bien que la quantité d'hydrocarbure nécessaire au maintien de la valeur du paramètre ZA à la valeur indiquée précédemment ne dépasse pas 10%,

ii) le faible débit maximal n'étant pas supérieur à la moitié du débit élevé minimal, et iii) le débit élevé minimal étant suffisant pour empêcher pratiquement l'oxydation et la décarburation de l'acier.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule gazeux est choisi dans le groupe qui comprend le mélange azote et méthanol, le mélange azote et éthanol, et un gaz contenant essentiellement de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène et de l'azote.

2

REVENDICATIONS

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère contient de l'ammoniac en quantité comprise entre 1 et 10% en volume.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'atmosphère contient les pourcentages en volume des constituants suivants:

Oxyde de carbone: 18 à 23 Hydrogène: 27 à 45 Azote: 34 à 47 Anhydride carbonique: 0 à 1 Vapeur d'eau: 0à2 Hydrocarbure: 1 à 8

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le véhicule gazeux est un mélange d'azote et de méthanol.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure gazeux est un hydrocarbure ayant 1 à 5 atomes de carbone ou un mélange de tels hydrocarbures.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'hydrocarbure gazeux est choisi dans le groupe qui comprend le méthane et le propane.

8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydrocarbure gazeux est le méthane.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la source de méthane est le gaz naturel.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 8, caractérisé en ce que la température est comprise entre 815 et 1010°C.