Caractérisation de l'état d'engagement de l'azote au cours du process de transformation d'aciers calmés

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,QWURGXFWLRQLes aciers extra doux (concentration de carbone inférieure à 0,1% enmasse) sont les aciers les plus répandus en métallurgie. Ils sont utilisés pourréaliser aussi bien des tôles pour l'automobile, l'électroménager que desemballages. Lors de leur fabrication, de nombreux paramètres sont définisdans l'objectif d'améliorer et d'optimiser leurs caractéristiques mécaniques. Eneffet, pour les aciers bas carbone (concentration de carbone comprise entre0,02 et 0,05% en masse), on recherche une très bonne aptitude à la mise enforme par déformation plastique.Afin d'obtenir ces propriétés, il faut réaliser un recuit après lelaminage à froid qui a permis de réduire l'épaisseur de la tôle. En effet, cedernier a complètement écroui l'acier et l'a donc rendu inapte à la mise enforme. Le recuit permet d'éliminer les dislocations introduites et de donner debonnes propriétés de formabilité à l'acier.Deux types de recuits sont réalisés industriellement : le recuit basequi est un recuit long à basse température (vers 600-700°C pendant plusieursheures) et le recuit continu qui est plus court et réalisé à plus hautestempératures (700 800°C pendant quelques minutes). Concernant le recuit*base, on s'est rendu compte que les aciers calmés aluminium recuits ainsiprésentaient de bonnes aptitudes à l'emboutissage, grâce à la formation desnitrures d'aluminium pendant ce recuit.L'importance de ce type d'acier nous a amenés à étudier plus en détailles processus ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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Les aciers extra doux (concentration de carbone inférieure à 0,1% en
masse) sont les aciers les plus répandus en métallurgie. Ils sont utilisés pour
réaliser aussi bien des tôles pour l'automobile, l'électroménager que des
emballages. Lors de leur fabrication, de nombreux paramètres sont définis
dans l'objectif d'améliorer et d'optimiser leurs caractéristiques mécaniques. En
effet, pour les aciers bas carbone (concentration de carbone comprise entre
0,02 et 0,05% en masse), on recherche une très bonne aptitude à la mise en
forme par déformation plastique.
Afin d'obtenir ces propriétés, il faut réaliser un recuit après le
laminage à froid qui a permis de réduire l'épaisseur de la tôle. En effet, ce
dernier a complètement écroui l'acier et l'a donc rendu inapte à la mise en
forme. Le recuit permet d'éliminer les dislocations introduites et de donner de
bonnes propriétés de formabilité à l'acier.
Deux types de recuits sont réalisés industriellement : le recuit base
qui est un recuit long à basse température (vers 600-700°C pendant plusieurs
heures) et le recuit continu qui est plus court et réalisé à plus hautes
températures (700 800°C pendant quelques minutes). Concernant le recuit
*
base, on s'est rendu compte que les aciers calmés aluminium recuits ainsi
présentaient de bonnes aptitudes à l'emboutissage, grâce à la formation des
nitrures d'aluminium pendant ce recuit.
L'importance de ce type d'acier nous a amenés à étudier plus en détail
les processus métallurgiques faisant intervenir l'azote lors de ces recuits de
recristallisation. Dans le cas des recuits base, l'azote précipite pendant le
recuit et cette précipitation interagit avec la recristallisation. De nombreuses
études sur ce type de recuit ont été réalisées dans les années 1950 70. Dans le
cas des recuits continus, l'azote est en général précipité avant le laminage à
froid. En effet, des études [1] associent de mauvaises propriétés à
l'emboutissage à la présence d'azote en solution solide dans l'acier avant le
recuit. Mais il arrive parfois que cet azote ne soit pas complètement précipité
dans la tôle, et il devient alors important de comprendre les processus
métallurgiques le faisant intervenir.
Cette thèse a pour but de mieux comprendre le rôle que peut jouer
l'azote lors des recuits continus, suivant l'état dans lequel il se trouve
(précipité ou en solution solide). Mais avant de pouvoir comprendre cette
influence, des études préliminaires doivent être réalisées.
Tout d'abord, il faut savoir sous quelle forme se trouve l'azote, et
quantifier chacune de ces "formes" (azote total, azote en solution solide, azote

*
on parle d’acier « calmé aluminium » parce que l’ajout initial d’aluminium dans l’acier en fusion
avait pour objectif le faire se combiner à l’oxygène pour former de l’alumine, évitant ainsi le
bouillonnement,QWURGXFWLRQ
précipité). L'azote total est aisé à doser. Par contre, il semble plus difficile de
mesurer la quantité d'azote précipité et/ou en solution solide. D'après la
littérature, de nombreuses techniques existent mais aucune comparaison fiable
entre elles n'a été réalisée.
Ensuite, afin de connaître l'influence de l'azote, il faut savoir sous
quelle forme il se trouve aux différentes étapes de la chaîne de fabrication de
l'acier car les propriétés finales de l'acier peuvent dépendre de chacune d'entre
elles. C'est la raison pour laquelle il est important d'étudier la précipitation de
l'azote à chaque stade de la mise en œuvre. Cela a été partiellement réalisé
lors des études sur les recuits base, mais le développement de certaines
techniques expérimentales comme la microscopie électronique et l'apport de
nouvelles comme le pouvoir thermoélectrique permettent d'apporter de
nouveaux résultats.
Une fois cette étude de précipitation réalisée, nous pouvons alors
essayer de comprendre les propriétés mécaniques de l'acier après recuit
continu, ce dernier étant en plus fort développement que le recuit base.
Généralement, avant un tel recuit, l’azote est précipité et le carbone est sous
forme de cémentite grossière. Il convient alors de déterminer, entre le carbone
et l’azote, quel est l’élément qui a l’effet le plus important sur le recuit, et
détermine l’emboutissabilité ou non d’une tôle.
Le chapitre I présente des généralités sur les aciers extra doux, donne
les caractéristiques recherchées pour les tôles minces destinées à
l’emboutissage et décrit l’effet de la précipitation sur la recristallisation.
Le chapitre II décrit les méthodes expérimentales que nous avons
utilisées lors de ce travail.
Le chapitre III concerne le dosage de l'azote précipité sous forme de
nitrures d'aluminium ou en solution solide. Dans ce chapitre, est détaillé la
mise au point d’une méthode de dosage de l’azote en solution solide par
Pouvoir Thermo Electrique. Les résultats tirés de cette méthode sont ensuite
comparés à ceux obtenus par d’autres techniques de dosage.
Le chapitre IV détaille l'étude de la précipitation des nitrures
d’aluminium, sur une tôle à chaud. Des cinétiques de précipitation sont
présentées et analysées. Au cours de ces cinétiques, les précipités formés sont
caractérisés par des observations en microscopie électronique en transmission.
Enfin, l’influence du laminage à chaud sur la formation de ces nitrures est
abordé.
Le chapitre V montre l'effet de la précipitation de l'azote sur la
recristallisation lors de recuits continus. Pour cela, l’unique influence de
l’azote sur la recristallisation a été étudiée. Ensuite, nous présentons les
résultats de l’étude de la double influence de l’azote et du carbone, sur la
recristallisation.
Enfin, nous terminons par une synthèse des principaux points qui ont
pu être dégagés au cours de notre étude et sur les conséquences pratiques qui
pourront en résulter en ce qui concerne les propriétés des produits ou la
conduite des procédés de fabrication.

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