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Auteur(s)
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Gérard LESOULT : Ingénieur Civil des Mines - Professeur à l’École Nationale Supérieure des Mines de Nancy
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De nombreux caractères des produits coulés sont fortement influencés par la nature du procédé mettant en jeu la solidification et par les conditions opératoires choisies pour un même procédé.
Pour prendre l’exemple le plus simple, celui des retassures dues à la contraction du métal accompagnant la solidification, on sait que ce défaut peut entraîner le rebut de 15 à 20 % de l’acier coulé en lingotière statique si l’acier ainsi coulé est calmé, c’est‐à‐dire désoxydé 1.5.1. Dans la même lingotière, on peut conduire, avec beaucoup de savoir-faire, la solidification effervescente du même acier non préalablement désoxydé (solidification avec dégagement de gaz CO). Le retrait de solidification peut être compensé alors par l’apparition de soufflures régulièrement réparties dans le lingot (cavités fermées de faibles dimensions, non oxydées, dont les parois se ressoudent au laminage à chaud) de sorte que le rebut de métal soit réduit à quelques pour-cent seulement 1.5.2. Lors de la solidification d’acier calmé, on peut aussi réduire l’étendue de la zone affectée par le retrait de solidification en ménageant une masselotte, réservoir de métal liquide qui permet d’alimenter en métal les zones en cours de solidification 1.5.1. On peut encore parler de masselotte entretenue lors de la fabrication de lingots d’acier par refusion d’électrodes (refusion sous laitier électroconducteur ou refusion sous vide) : le réservoir de métal liquide surmontant le lingot en cours de formation est renouvelé au fur et à mesure de sa solidification grâce à la fusion contrôlée d’une électrode placée au-dessus du lingot. La coulée continue fait appel à une troisième façon de maintenir un réservoir de métal liquide en position d’alimenter la pièce en cours de solidification, ici la billette ou la brame d’acier : une poche de métal liquide appelée répartiteur surplombe le produit en cours de solidification et un robinet appelé busette permet d’ajuster le débit de métal s’échappant du répartiteur à la vitesse de solidification. Dans les deux derniers procédés, la retassure cesse d’être un problème pour l’ingénieur (cf. article Coulée continue [M 7 810] [M 7 812] [M 7 814] [M 7 816] dans le présent traité).
Cet article est consacré aux caractères qui, comme les retassures, se développent à l’échelle du produit et pour l’étude desquels il faut prendre en compte le procédé de coulée.
Le lecteur se reportera utilement à l’article Solidification- Cristallisation et microstructures Solidification. Cristallisation et microstructures.
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Microporosités et criques internes3. Macroségrégations et mésoségrégations
Dans les produits de coulée continue, comme dans les lingots classiques et dans les pièces moulées, les phénomènes de ségrégation chimique se développent sur trois échelles :
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l’échelle de la dendrite avec la microségrégation ou ségrégation mineure ;
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l’échelle du produit (longueur et/ou section) avec les macroségrégations ou ségrégations majeures ;
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l’échelle intermédiaire, enfin, avec les mésoségrégations.
La gravité des conséquences des phénomènes de macro- et méso ségrégation est différente suivant qu’il s’agit de pièces moulées (produits finis) ou de demi-produits. Dans une pièce moulée, le fait que différentes parties n’aient pas strictement la même composition chimique constitue généralement un inconvénient moins grave que la présence des défauts internes qui compromettent davantage les caractéristiques mécaniques globales de la pièce : soufflures, microretassures, creux interne, présence de corps non métalliques provenant des sables de moulage, etc. Il n’en va pas de même pour les demi-produits puisqu’un même lingot ou une même billette, par exemple, peut servir à fabriquer de nombreuses pièces distinctes : en présence de ségrégations majeures, les caractéristiques mécaniques d’un produit issu de la région centrale d’une billette peuvent être différentes de celles d’un produit issu d’une région périphérique. Par ailleurs, des mésoségrégations (ségrégations intergranulaires par exemple) peuvent modifier la réponse d’un acier coulé au traitement thermique prévu dans le cycle de fabrication (formation de martensite à la place de bainite par exemple).
Dans l’article précédent Solidification : cristallisation et microstructure [M 58], les hétérogénéités chimiques se manifestant à l’échelle de la dendrite ou du grain de coulée ont été présentées comme conséquences d’un seul et même phénomène élémentaire : la microségrégation (cf. [M 58]). La variété des formes sous lesquelles se manifestent les phénomènes de ségrégation à l’échelle...
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Macroségrégations et mésoségrégations
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VERTMAN (A.A.), SAMARIN (A.M.), TURBOVSKII (B.M.) - Sbornik Strojenije : Svojestva zidkih metallo. - ANSSSR Moskva, 162 (1960) (Cité par NEHENDZI (J.A.) Propriétés de fonderie des alliages Fonderie, 271, 415, oct. 1968.
-
(2) - ALBERNY (R.) - Transfert de chaleur et solidification en coulée continue. - « Coulée et solidification de l’acier », Publication de la Rev. de Métal., 302 (1977).
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(3) - CHUANG (Y.K.), SCHWERDTFEGER (K.) - Étude expérimentale et théorique de la solidification d’un alliage Fe-C à 0,6 % de carbone. - Arch. Eisenhüttenwes. 44 (5), 341 (1973).
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(4) - LECOMPTE (H.) - * - Cours d’aciérie. Éditions de la Revue de Métallurgie. Paris (1962).
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(5) - DUNPHY (R.P.), ACKERLIND (C.G.), PELLINI (W.S.) - Solidification, Feeding Characteristics of Gray and Nodular Irons - Foundry, 107, juin 1954.
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