Quels gaz trouve-t-on habituellement dans l’acier ? Leurs sources et leurs effets nocifs

Dans la sidérurgie, les gaz comptent parmi les impuretés non métalliques les plus courantes. Bien que présents en très faible quantité, leur impact sur la structure et les propriétés de l’acier peut être significatif. En général, les principaux gaz présents dans l’acier sont l’hydrogène (H) et l’azote (N). Ces gaz sont introduits dans l’acier en fusion lors des différentes étapes de l’affinage, du traitement secondaire et de la coulée, et peuvent entraîner des défauts internes lors de la solidification et du refroidissement.

1. Sources et effets nocifs de l’hydrogène dans l’acier

L’hydrogène est l’une des impuretés gazeuses les plus dangereuses de l’acier. Il provient principalement des gaz de four, des matières premières, des réfractaires et de l’humidité présente dans les systèmes de fusion et de coulée. Tout au long du processus de fabrication de l’acier, l’hydrogène peut être absorbé par l’acier en fusion de diverses manières.

Les principales sources d’hydrogène comprennent :

• Matières premières humides – ferraille humide, chaux et carbure de calcium qui peuvent absorber l’eau.
• Déchets huileux – la décomposition de l’huile à haute température libère de l’hydrogène dans la masse fondue.
• Alliages absorbant l’hydrogène – tels que le ferronickel, qui ont une forte tendance à absorber l’hydrogène.
• Fuite d’eau – provenant de l’eau de refroidissement des électrodes ou des panneaux du four s’infiltrant dans le bain de fusion.
• Ferraille rouillée – contenant de l’hydroxyde ferreux, qui introduit de l’hydrogène lorsqu’il est fondu.

Effets nocifs de l’hydrogène :

La solubilité de l’hydrogène dans l’acier fondu est bien plus élevée que dans l’acier solide. Lors de la solidification, l’hydrogène précipite avec le CO et l’azote, formant des soufflures sous la surface, des micropores ou des cavités de retrait centrales. Ces phénomènes entraînent des taches blanches, des fissurations retardées et une diminution de la densité, affectant gravement la ténacité et la fiabilité de l’acier.

2. Sources et effets nocifs de l’azote dans l’acier

L’azote est une autre impureté gazeuse courante dans le processus de fabrication de l’acier. Il se dissout facilement dans l’acier en fusion à haute température et peut pénétrer par les gaz du four, l’air, la charge métallique ou les ajouts d’alliages.

Les principales sources d’azote comprennent :

• Métal chaud et fonte brute – contenant généralement 0,004 % à 0,01 % d’azote en raison de la pression partielle d’azote élevée et de la faible teneur en oxygène au sommet du haut fourneau.
• Ferraille – la ferraille impure a tendance à absorber l’azote de l’atmosphère.
• Les formateurs de scories et les alliages – l’air emprisonné dans les vides et les interstices peut introduire de l’azote dans la masse fondue.
• Coke – en particulier dans les fours électriques où le coke est utilisé comme carburateur.

En comparaison, le fer de réduction directe et d’autres nouvelles sources de fer contiennent des teneurs en azote plus faibles, ce qui en fait d’excellents matériaux de dilution pour le contrôle de l’azote. De plus, le préchauffage des ferrailles dans des fours à arc électrique permet d’éliminer les composés azotés et la matière organique à 200–800 °C avant la fusion, réduisant ainsi l’absorption d’azote.

Effets nocifs de l’azote :

La solubilité de l’azote dans l’acier fondu est bien plus élevée qu’à température ambiante. Lorsque l’acier refroidit, l’excès d’azote devient sursaturé et précipite sous forme de nitrures dispersés. Ceux-ci provoquent une distorsion du réseau et des contraintes internes, augmentant la dureté et la fragilité tout en diminuant la ductilité et la ténacité. Par conséquent, pour les aciers exigeant une ténacité et une formabilité élevées, il est essentiel de contrôler la teneur en azote.