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RÉSUMÉ
Cet article détaille les quatre étapes principales de la fabrication des aciers et alliages réfractaires : l’élaboration (avec phase de fusion dans un four à arc, suivie d’une opération d’affinage), la coulée sous forme de lingots, la transformation à chaud et la transformation à froid. S’ensuivent le parachèvement de surface et les traitements thermiques adaptés à chacune des familles d’acier ou d’alliage, puis les procédés de moulage. Le choix d’un acier ou d’un alliage réfractaire doit s’effectuer sur quelques paramètres principaux. Par exemple, la résistance à la corrosion est liée à l’oxydation du chrome et d’éléments mineurs comme le silicium ou l’aluminium ; l’addition d’éléments à oxydes très stables permet d’améliorer la résistance dans des atmosphères réductrices ; une structure austénitique garantit une bonne tenue au fluage.
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Albert KOZLOWSKI : Ingénieur conseil FFA (Fédération française de l’acier)
INTRODUCTION
Les aciers et alliages réfractaires sont généralement utilisés pour la fabrication de pièces caractérisées essentiellement par leur résistance aux effets des gaz chauds et des produits de combustion à des températures supérieures à 550 °C. Vers les plus hautes températures, c’est la disparition des propriétés d’usage qui limite le domaine d’utilisation des aciers et alliages réfractaires.
Les principaux paramètres à retenir pour choisir un acier ou un alliage réfractaire sont les suivants :
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la résistance à la corrosion est essentiellement liée à l’oxydation sélective du chrome et de certains éléments mineurs (Si, Al,…). Un bon alliage réfractaire doit donc avoir une teneur élevée en chrome et, souvent, une addition de Si ou Al ;
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le nickel, ne se combinant pas au carbone, sera favorable pour les atmosphères réductrices, mais il présente l’inconvénient de ne pas résister aux atmosphères sulfureuses. Il faudra donc prévoir l’addition d’éléments à oxydes très stables (Si, Al) pour améliorer la résistance dans ces milieux ;
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la tenue au fluage est fortement influencée par la structure de l’alliage. La structure ferritique résiste mal, voire pas du tout à partir de 800 °C. La structure austénitique est celle qui résiste le mieux.
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2. Élaboration
2.1 Élaboration au four à arc
L’élaboration des aciers réfractaires s’effectue principalement par fusion dans un four électrique à arc avec revêtement réfractaire basique (figure 1). La charge introduite dans le four est constituée de ferrailles, de chutes d’aciers, triées en fonction de leur composition chimique, de ferroalliages (ferrochrome, ferromanganèse, ferrosilicium) et de métaux purs. Cette charge comprend également de la chaux vive, dont le but est de constituer le laitier qui fixera le phosphore sous forme de phosphate de chaux.
La capacité d’un four électrique moderne est de l’ordre de 100 t de métal liquide, mais l’élaboration des aciers et alliages réfractaires est généralement réalisée dans des fours de moindre capacité, généralement de l’ordre de 30 t. L’alimentation électrique des trois électrodes en carbone, de diamètre d’environ 600 mm, est assurée par un transformateur triphasé. L’élaboration des aciers et alliages réfractaires est habituellement réalisée suivant le processus classique, qui comporte une fusion oxydante, suivie d’une phase d’affinage en milieu réducteur à la fin de laquelle se font les additions d’éléments spéciaux.
On se reportera utilement à l’article [M 7 700] qui traite, au plan général, de l’aciérie électrique (se reporter au Pour en savoir plus).
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Cette opération se compose d’une phase de décarburation, suivie d’une phase de réduction. Pour les aciers et alliages réfractaires, le problème qui se pose est d’obtenir des teneurs en chrome élevées (≥ 18 %, voire jusqu’à 30 %), et des basses teneurs en carbone (≤ 0,030 %).
La décarburation est obtenue par oxydation...
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Aciers moulés réfractaires. - NF EN 10295 – AFNOR - Décembre 2002
-
Aciers et alliages de nickel réfractaires. - NF EN 10095 – AFNOR - Juillet 1999
-
Fils à rivets en alliages d'aluminium, en acier, en alliages inoxydables et réfractaires – Dimensions. - NFL 21-106 – AFNOR - Janvier 1975
-
Rivets en acier et en alliages inoxydables et réfractaires – Spécification technique. - NFL 21-203 – AFNOR - Novembre 1974
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