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Article

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

Particularités par produits
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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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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DOI (Digital Object Identifier)

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


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5. Particularités par produits

Dans un certain nombre de cas, les teneurs en résiduels sont limitées par les normes ; cela concerne surtout les nuances pour déformation à froid. Mais il y a bien d’autres exigences ; par exemple la soudabilité demande un ajustement strict des éléments et dans certains cas elle profite même des azotes très bas de la filière fonte.

5.1 Plaques, tôles fortes et tôles à tubes

Les plaques pour la chaudronnerie, les ponts, les matériels de levage, la construction navale etc. doivent posséder des garanties de propriétés élevées notamment en ténacité et soudabilité ; des basses teneurs en phosphore et soufre et également en métaux sont donc recherchées (voir § 4.2 et 4.4).

Les plaques épaisses pour usage particulier comme le nucléaire sont les plus exigeantes car elles sont sensibles à plusieurs types de fragilisation dont la fragilité de revenu.

Quant aux tôles pour gros tubes soudés, elles doivent répondre à des exigences sévères non seulement en ténacité intrinsèque mais aussi dans les zones affectées par le soudage, ce qui impose des limitations en soufre et en azote. De plus la tenue, en présence d’hydrogène (tenue HIC : Hydrogen Induced Cracking) limite également le soufre et entraîne l’emploi de traitements impactant la forme des sulfures. Cela explique en partie l’usage de la voie fonte pour ces produits, en...

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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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