Comportement des Inclusions dans les REacteurs Métallurgiques – CIREM

L'état inclusionnaire demeure un critère de qualité essentiel des aciers, et les exigences associées sont de plus en plus sévères au fur et à mesure que les objectifs d'allègement des structures, de performance des produits et de réduction des coûts de production sont poursuivis. La maîtrise de l'état inclusionnaire représente un enjeu majeur commun aux trois élaborateurs associés au projet CIREM (Comportement des Inclusions dans les REacteurs métallurgiques). - Ascometal doit augmenter les caractéristiques mécaniques de ses aciers spéciaux dans le but, en particulier d'alléger les pièces dédiées au marché de l'automobile. Dans le même temps, l'usinabilité des pièces doit être améliorée pour des raisons évidentes de coût de production. L'optimisation des propriétés de tenue en fatigue et d'usinabilité passe nécessairement par une bonne maîtrise de l'état inclusionnaire (densité, taille et composition). Arcelor souhaite réduire l'occurrence des agrégats inclusionnaires provoquant l'apparition de défauts exfoliés sur les tôles d'acier au carbone, la contrainte sur la taille limite de ces défauts augmentant à mesure que l'épaisseur des produits diminue. Enfin, Aubert & Duval, qui élabore des aciers spéciaux pour des applications critiques, souhaite atteindre, pour certaines nuances d'aciers, la propreté inclusionnaire visée sans avoir recours aux opérations coûteuses de refusion d'électrode consommable. - L'opération de traitement du métal liquide en poche génère, mais aussi élimine, la plupart des inclusions d'oxydes. La poche est donc le principal réacteur métallurgique responsable de la propreté inclusionnaire, même si les opérations de transport dans le répartiteur ou de solidification peuvent encore modifier cette propreté. L'étude proposée vise à améliorer le traitement en poche d'aciers spéciaux, pour lesquelles les inclusions endogènes appartiennent au système (Si)-Ca-Al-Mg-O. - Dans ce cadre, les buts du projet CIREM sont : - - améliorer la propreté inclusionnaire globale en réduisant la densité numérale et la taille des inclusions mais aussi, pour certaines nuances, maîtriser la distribution (taille, composition, densité) des inclusions pour atteindre des propriétés d'usinabilité accrues, - - progresser dans notre connaissance des mécanismes de formation et d'élimination des inclusions endogènes dans les alliages métalliques, - - identifier les paramètres opératoires du traitement en poche qui contrôlent la propreté inclusionnaire. - - Le comportement des inclusions dans les métaux liquides est un thème scientifique extrêmement complexe, d'où les progrès limités enregistrés à ce jour malgré les fortes motivations industrielles. En effet, plusieurs variables définissent l'état inclusionnaire : la nature chimique, la densité numérale, la morphologie et la distribution en taille. Par ailleurs, la poche de traitement sous vide est un réacteur triphasique complexe, où les inclusions sont transportées par l'écoulement turbulent du mélange liquide/bulles. Le mouvement des inclusions dispersées dans le bain de métal liquide est conditionné par les interactions multiples avec les bulles de gaz, avec les parois du réacteur et le laitier de couverture, avec les inclusions elles-mêmes (agglomération). - - Deux conditions doivent être remplies pour aborder une telle recherche avec succès. En premier lieu, l'étude doit être réalisée suivant une approche multidisciplinaire, qui doit d'une part traiter en détail les aspects thermodynamique et physico-chimique, et d'autre part intégrer les résultats de ces travaux dans des modèles de simulation de procédés. En deuxième lieu, l'étude doit différencier deux échelles d'investigation, l'échelle du réacteur métallurgique dans lequel le transport macroscopique et les transferts de matière jouent un rôle primordial, et l'échelle interfaciale, où le comportement de l'inclusion est principalement gouverné par l'influence d'une surface sur la particule. - - Aujourd'hui, nous proposons