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Auteur(s)
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Pierre-Jean CUNAT : Directeur technique EURO-INOX
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Lire l’articleINTRODUCTION
Depuis un demi-siècle, les techniques d’affinage des aciers inoxydables ont considérablement évoluées tant au plan technique (maîtrise de la composition chimique, maîtrise de l’état inclusionnaire, etc.) qu’au plan économique. Un saut technologique important avait été franchi dès les années 1930 avec le procédé Perrin en matière de décarburation et de désulfuration. Le second saut technologique a été celui des procédés d’affinage sous pression réduite au début des années 1970 (procédé AOD et dérivés). Ils ont permis une excellente maîtrise de la décarburation et de la désulfuration tout en réduisant considérablement le coût de l’opération d’affinage. Avec le procédé VOD et ses dérivés (début des années 1980), l’abaissement de la pression partielle de CO se faisant à l’aide du vide, l’obtention de très basses teneurs en carbone, soufre et azote a ouvert la voie aux nuances ferritiques à haute teneur en chrome (Cr » 30 %) et aux nuances austénoferritiques.
Depuis ces évolutions majeures, on a surtout observé des variantes principalement orientées vers des aspects économiques, en particulier en matière d’économies de gaz. L’une des évolutions possible pour les années à venir pourrait concerner les laitiers de manière à le rendre « neutre » vis-à-vis de l’environnement et de s’inscrire plus encore dans ce vaste programme se référant à un « développement durable ».
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de mars 2008 par Pierre-Jean CUNAT
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Procédés d’affinage sous pression réduite2. Bases théoriques
Dans l’affinage des aciers inoxydables, l’opération principale est la décarburation. Elle consiste à passer d’une teneur en carbone de l’ordre de 1,5 % à une valeur finale d’environ 0,03 %, voire 0,01 %. La décarburation est réalisée par soufflage d’oxygène, mais pour des charges riches en chrome, il est absolument nécessaire de réduire la pression partielle d’oxyde de carbone si l’on veut éviter une oxydation massive du chrome.
Pour réaliser cette opération, les deux procédés les plus utilisés sont le procédé AOD (Argon Oxygen Decarburization ) et le procédé VOD (Vacuum Oxygen Decarburization ). Le procédé AOD et ses différentes variantes représentent environ 75 % de la capacité mondiale alors que les procédés « sous vide » (VOD et dérivés) représentent le solde, c’est-à-dire 25 %. Dans le procédé AOD, l’oxygène est insufflé avec un gaz neutre de dilution ; ce dernier étant de l’argon qui peut être partiellement remplacé par de l’azote. Par contre, dans le procédé VOD, appelé aussi affinage sous vide (ASV), l’opération est effectuée sous pression réduite par création d’un vide.
L’opération d’affinage comporte deux phases distinctes. Il s’agit d’abord d’une phase de décarburation et pour finir d’une phase de réduction. La difficulté majeure, dans le cas des aciers inoxydables, réside dans la nécessité d’obtenir des teneurs élevées en chrome (typiquement 17 % Cr pour les alliages ferritiques et 18 % Cr pour les alliages austénitiques) et des teneurs en carbone très basses (souvent inférieures à 0,03 %). La décarburation est toujours obtenue par oxydation du carbone et ce, le plus souvent, par insufflation d’oxygène.
Or, jusqu’à des températures de 1 600 à 1 700 oC, l’enthalpie libre de formation de l’oxyde de chrome Cr2O3 est inférieure à celle du CO2 , (figure 3). La conséquence de cette situation est que le chrome est fortement oxydé et qu’il se trouve perdu sous forme d’oxyde dans le laitier avant que le carbone puisse être éliminé. Dans ces conditions, la seule manière d’obtenir la composition chimique souhaitée était d’apporter le chrome,...
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Bases théoriques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STEINS (J.), SCHNELL (G.), SCHRADE (C.) - The use of oxygen in stainless steel production. - VAI Technology News, 31, p. 22-27, août 1999.
-
(2) - Melting and Refining Methods, ASM Speciality Handbook - – Stainless Steels, Edited by J.R. Davis, p. 120-125, déc. 1994.
-
(3) - DAUM (T.), STEINS (J.), FRITZ (E.), PIRKER (H.), RAMASEDER (N.) - VAINOX, La nouvelle formule du VAI pour l’élaboration des aciers inoxydables : réalisations perspectives. - La revue de Métallurgie – CIT, no 10, oct. 1998.
-
(4) - CHASSAGNE (J.L.), MALEFANT (J.Y.), SALEIL (J.) - Stainless steel making at Creusot Loire. - Proceedings of « Stainless Steels ’77 », p. 89-92, Londres, 26-27 sept. 1977.
-
(5) - OSTBERG (G.) - Modernizing steel making - a reappraisal of the PERRIN Process - . Part 1 : La Revue de Métallurgie – CIT, No 1, p. 41-53, janv. 2001. Part 2 : La Revue de Métallurgie – CIT, No 3, p. 281-294, mars 2001.
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