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1 - CLASSIFICATION DES FERRAILLES DU POINT DE VUE DES RÉSIDUELS

2 - LES RÉSIDUELS

  • 2.1 - Les métalloïdes
  • 2.2 - Les résiduels métalliques

3 - MÉCANISMES ET EFFETS GÉNÉRAUX DES MÉTAUX ET DE L'AZOTE SUR LES PROPRIÉTÉS

4 - EFFETS DES MÉTAUX SUR LES AUTRES PROPRIÉTÉS

5 - PARTICULARITÉS PAR PRODUITS

6 - CONSÉQUENCES POUR LE CHOIX DES FILIÈRES

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : M7063 v1

Effets des métaux sur les autres propriétés
Problèmes métallurgiques liés aux ferrailles : les résiduels

Auteur(s) : Marc GRUMBACH

Date de publication : 10 déc. 2011

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RÉSUMÉ

L’utilisation des ferrailles pour fabriquer de nouveaux aciers pose des problèmes métallurgiques en raison de la présence d’éléments résiduels. Parmi les éléments gênants au-delà de certaines teneurs, on distingue les métaux parfois difficiles à éliminer, et les métalloïdes que l’on sait éliminer sauf l’azote apporté par la fusion au four électrique. Après le rappel des mécanismes généraux de l’effet des éléments considérés sur les propriétés d’emploi des aciers, sont décrits les effets particuliers qui impactent les défauts (cuivre…) et certaines propriétés spécifiques (formage : rôle de l’azote) des produits et nuances. Ensuite, les conséquences dans le choix des filières basées sur les ferrailles sont examinées.

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ABSTRACT

Some metallurgical problems result from the use of recycling scrap for making new steels, coming from residuals elements. Above some contents, residuals elements may be harmful : metals sometimes difficult to eliminate and metalloïds which are easier for elimination apart nitrogen coming from electric furnace. First general mecanisms of residual elements effects on steel products properties are described ; then more specific effects for various steel grades are considered as defects initiation (copper…) and forming properties (nitrogen…). Consequences on steelmaking routes choice are questionned.

Auteur(s)

  • Marc GRUMBACH : Ingénieur civil des Mines, ancien ingénieur à l’Institut de Recherche de la Sidérurgie Française (IRSID)

INTRODUCTION

Alors que les ferrailles sont devenues une matière première importante de la sidérurgie avec un conditionnement et des traitements appropriés, leur utilisation ne se fait pas sans problèmes.

Ces problèmes sont de deux sortes, une adaptation au procédé de fusion, et une adaptation au produit fabriqué, essentiellement à ses propriétés.

En effet, par nature les ferrailles possèdent la composition des aciers et cette composition varie suivant les nuances avec des additions d’éléments d’alliage le plus souvent en faibles quantités (les aciers fortement alliés comme les aciers inoxydables sont en principe recyclés à part). La présence de métaux de revêtements comme le zinc ou l’étain est fréquente ; on trouve également des métalloïdes comme le soufre et le phosphore et évidemment du carbone et de l’azote. De plus, malgré le broyage et le tri magnétique, d’autres métaux associés à l’acier dans les appareils comme le cuivre et l’aluminium sont entraînés et subsistent jusqu’à la fusion.

Enfin, il y a une interaction entre la filière d’élaboration et la composition finale de l’acier par suite de l’élimination de certains éléments. Par contre, la fusion de ferrailles au four électrique se traduit par une reprise d’azote forte qui caractérise cette filière. Cette importance de l’azote justifie un paragraphe spécial.

Par ailleurs, le détail des propriétés produit par produit montre que l’influence d’un élément ne dépend pas seulement de sa teneur moyenne, mais également des interactions avec les autres éléments et avec les cycles thermomécaniques, en particulier les ségrégations à la coulée, ou lors des chauffages et des refroidissements, avec en plus l’effet des corroyages ou des traitements.

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KEYWORDS

scrap   |   residuals   |   copper   |   nitrogen   |   defects

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m7063


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4. Effets des métaux sur les autres propriétés

En dehors du durcissement, on constate une petite baisse de ductilité. Cependant, les ségrégations des éléments aux joints de grain peuvent affecter certaines propriétés comme la forgeabilité, la soudabilité, la ténacité.

Les exemples ci-dessous illustrent des effets particuliers liés à certains types de fabrication ou de propriétés spécifiques, mais il n’est pas possible de généraliser ces phénomènes à toutes les nuances.

4.1 Forgeabilité

La combinaison cuivre-étain était autrefois très surveillée car réputée provoquant des poches de forgeabilité avec des risques de défauts importants.

Ce problème affectait particulièrement le laminage des tubes sans soudure et les opérations de forgeage (grosse forge surtout), car ces modes de déformation sont multidimensionnels.

Ce problème est maintenant circonscrit pour les tubes par le contrôle des teneurs et l’emploi généralisé de la coulée continue.

Il subsiste un contrôle strict pour les ébauches de grosse forge qui malgré tout réclament des ferrailles assez pures pour la maîtrise des traitements thermiques et la fragilité de revenu.

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4.2 Ténacité

Les métaux comme le cuivre, le chrome et l’étain en solution solide homogène ont peu d’effet sur la température de transition. Le nickel est très favorable mais les teneurs sont insuffisantes pour le mettre en évidence.

Les phénomènes importants sont liés à des cycles thermiques particuliers : il s’agit d’une part de la fragilité de revenu, d’autre part des zones affectées par la chaleur du soudage.

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4.3 Fragilité de revenu

Ce phénomène concerne les aciers faiblement alliés contenant du chrome et du nickel, ayant subi un traitement de trempe et de revenu avec un refroidissement lent ; il s’agit donc de produits lourds ou de tôles épaisses (grosse forge et grosse chaudronnerie).

Le mécanisme complexe de cette fragilisation potentiellement...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BIRAT (J.P.), ZAOUI (A.) -   Le cycle du fer  -  Rev. de Met. Paris, vol. 99, n° 10, pp. 795-807 (oct. 2002).

  • (2) - BIRAT (J.P.), BÉRANGER (G.) -   Ferrailles et résiduels dans les aciers. Le livre des aciers spéciaux  -  Lavoisier éditeur, chapitre 22, pp. 638-675 (1997).

  • (3) - MARIQUE (C.) -   Scrap recyclimg and production of high quality steel grades in Europe  -  Rev. de Met. CIT (nov.1996).

  • (4) - GALDON (F.), MÉTIVIER (J.) -   *  -  . – Rapport interne IRSID.

  • (5) - MOUSSY (F.), FRANÇOIS (P.) -   Physique et mécanique de la mise en forme des métaux  -  École d’été d’Oléron, éditeurs Presses du CNRS, partie 7 : Formage et propriétés mécanique, chap. 3 ; Propriétés d’emploi des aciers à bas carbone pour tréfilage fin (1987).

  • ...

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