Pourquoi la désoxydation est essentielle
Lorsque les réactions de fabrication de l’acier réduisent le carbone et le manganèse à de faibles niveaux, l’acier fondu contient encore une quantité importante d’oxygène dissous (généralement 0,02 % à 0,08 %).
S’il n’est pas éliminé, cet oxygène peut provoquer de graves problèmes de qualité lors de la solidification :
- Formation de FeO et de FeO–FeS aux joints de grains, entraînant une fragilité à chaud et une ductilité réduite.
- Génération de bulles de CO lorsque l’oxygène dissous réagit avec le carbone pendant le refroidissement.
- Création de lingots d’acier poreux ou friables, réduisant la densité et la résistance du produit.
Pour éviter ces problèmes, il faut réduire la teneur en oxygène avant le coulage.
Les cibles typiques sont :
- Acier cerclé : oxygène < 0,03 % ;
- Acier calmé : oxygène < 0,005 %.
Que sont la désoxydation et l’alliage ?
- La désoxydation est le processus d’ajout d’éléments ayant une plus grande affinité pour l’oxygène que le fer, formant des oxydes stables qui se séparent de l’acier en fusion.
- L’alliage permet d’ajuster la composition chimique de l’acier en ajoutant des ferro-alliages ou des métaux pour atteindre la nuance souhaitée.
Dans la sidérurgie moderne, la désoxydation et l’alliage se produisent souvent simultanément.
- Utilisé à la fois pour la désoxydation et l’alliage : ferrosilicium (FeSi), ferromanganèse (FeMn).
- Utilisé uniquement pour la désoxydation : alliages calcium-silicium, aluminium ou silicium-aluminium.
- Utilisé principalement pour l’alliage : ferrochrome, ferromolybdène, ferroniobium, ferrovanadium et ferrotungstène.
Objectifs principaux de la désoxydation
- Réduire la teneur en oxygène dissous dans l’acier en fusion pour répondre aux exigences de qualité de l’acier.
- Éliminer efficacement les produits de désoxydation pour garantir la propreté de l’acier.
- Contrôler la morphologie et la distribution des inclusions, améliorer les propriétés mécaniques.
Principe de désoxydation
La désoxydation repose sur l’affinité chimique entre l’oxygène et les éléments désoxydants.
Lorsque de puissants désoxydants (Al, Si, Mn, etc.) sont ajoutés à l’acier en fusion, ils réagissent avec FeO et l’oxygène libre pour former des oxydes qui flottent dans la couche de laitier.
Cependant, une partie de ces oxydes peut rester dans l’acier sous forme d’inclusions non métalliques, ce qui peut potentiellement affecter la ténacité et la résistance à la fatigue si elles ne sont pas contrôlées.
Méthodes courantes de désoxydation
En fonction du mécanisme d’élimination de l’oxygène, quatre principales méthodes de désoxydation sont utilisées dans la fabrication de l’acier :
- Désoxydation par précipitation
La méthode la plus couramment utilisée. Les désoxydants réagissent avec l’oxygène dissous pour former des oxydes qui remontent à la surface ou sont éliminés par convection. - Désoxydation par diffusion
Utilise des laitiers à faible teneur en FeO qui absorbent l’oxygène de l’acier en fusion par diffusion. - Désoxydation sous vide
Réalisée sous vide pour réduire la pression partielle de CO, elle permet à l’oxygène et au carbone de se combiner et de s’échapper sous forme de CO gazeux.
→ Idéale pour les aciers de haute pureté ou spéciaux. - Désoxydation combinée
Une approche hybride qui intègre les mécanismes de précipitation et de diffusion pour obtenir de meilleurs résultats et un meilleur contrôle des inclusions.
