Dans la sidérurgie moderne, le contrôle des oligo-éléments est essentiel pour garantir la qualité des billettes d’acier et la stabilité des processus de laminage ultérieurs. L’étain (Sn), une impureté courante dans la production d’acier à partir de ferraille, peut réduire considérablement la ductilité à chaud de l’acier lorsqu’il est présent en quantité excessive, entraînant une fragilité à chaud et des fissures lors du chauffage ou de la déformation des billettes.
1. Mécanismes de fragilité à chaud causée par l’étain
(1) La ségrégation des joints de grains affaiblit la cohésion
À haute température, l’étain a tendance à se ségréger le long des joints de grains d’austénite. Cette ségrégation réduit l’énergie de surface et la cohésion entre les grains, accélérant la nucléation et la croissance de micro-vides. De ce fait, la billette devient plus sujette aux fissures intergranulaires lors du travail à chaud.
(2) Suppression de la migration des joints de grains et de la recristallisation dynamique
L’étain freine la migration des joints de grains et retarde la recristallisation dynamique, deux processus qui contribuent normalement à éliminer les vides et à restaurer la ductilité. Les données expérimentales montrent que les aciers à faible teneur en étain peuvent retrouver leur ductilité à chaud vers 950 °C, tandis que les aciers à forte teneur en étain nécessitent un chauffage à environ 1 000 °C en raison de la recristallisation retardée due à la ségrégation de l’étain.
(3) Formation d’alliages Cu–Sn à bas point de fusion
L’étain réduit également la solubilité du cuivre dans l’austénite. Ces deux éléments peuvent se séparer à l’interface entre la calamine et la matrice d’acier, formant des alliages Cu–Sn à bas point de fusion. Ces phases liquides pénètrent les joints de grains sous contrainte, provoquant des fissures intergranulaires et une détérioration supplémentaire de la ductilité à chaud.
2. L’étain peut-il être éliminé lors de la fabrication de l’acier dans un four électrique ?
Actuellement, ni la fabrication de l’acier au four à oxygène basique ni au four à arc électrique ne permet d’éliminer efficacement l’étain. L’étain est thermodynamiquement stable et possède une faible pression de vapeur, ce qui le rend difficile à oxyder, à se volatiliser ou à se transférer dans le laitier aux températures de fabrication de l’acier.
Par conséquent, l’approche la plus efficace est le contrôle des matières premières, en minimisant l’utilisation de ferraille à haute teneur en étain et en optimisant le mélange de ferraille pour éviter une accumulation excessive d’étain pendant la fusion.
3. Conclusion
L’excès d’étain est un facteur majeur de fragilité à chaud des billettes d’acier. Par la ségrégation des joints de grains, l’inhibition de la recristallisation et la formation d’alliages à bas point de fusion, l’étain réduit considérablement la ductilité à haute température de l’acier.
Étant donné que la fabrication de l’acier au four électrique ne peut pas éliminer efficacement l’étain, un contrôle strict des matières premières et des paramètres de processus reste la clé pour garantir la qualité des billettes et des performances de production stables.
