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GROUPE N°6
THEME
LES ACIERS HADFIELS, LEURS
ÉLABORATION, PROPRIÉTÉS
ET USAGES
PLAN DU TRAVAIL
Introduction
Propriétés
Elaborations et traitements thermiques
Usages
Conclusion
INTRODUCTION
L’acier au manganèse a été découvert
par sir Robert HADFIELD en 1882
Origine et problématique liés à la
découverte
PROPRIÉTÉS
Les propriétés physiques de l’acier Hadfield
en font un matériau particulièrement apte à
l’utilisation.
Dureté;
Paramagnétique;
Résistance à la corrosion.
Eléments d’addition
Lorsqu’on ajoute aux aciers ordinaires un ou plusieurs éléments, on obtient des aciers spéciaux
qui sont doués de propriétés particulières.
Les éléments qui entrent dans la composition des aciers spéciaux ne sont pas très nombreux,
citons:
 Nickel
 Manganèse
 Chrome
 Tungstène
 Molybdène
 Vanadium
 Silicium, etc.
Modifications apportées par l’addition d’éléments
Manganèse
• Abaisse les point critiques, retarde les transformations et par conséquent accentue
les effet de la trempe
• Augmente la saturation du fer par le carbone
• Augmente la résistance au choc et à l’usure
• L’allongement augmente dès que la teneur devient notable.
• Chrome
Le Chrome est un élément durcissant, mais diminue la résilience
• Silicium
Diminue la saturation du fer par le carbone et favorise la décomposition de la
cémentite en graphite et ferrite.
• Vanadium
Augmente le pouvoir trempant du métal( 0,2 à 0,4 %)
ELABORATION DES ACIERS
HADFIELS
Pour élaborer l’acier HADFIELD, il est important de
savoir qu’on doit passer par l’élaboration de la fonte,
de l’acier et enfin de l’acier au HADFIELD.
Il y a deux filières qui se présente à nous, et nous
allons les exploiter.
Filière fonte
Elaboration de la fonte
Four : Haut fourneau
Matières premières ?
Description du haut fourneau
1. Le creuset
2. L'étalage : tronc de cône évasé vers le haut.
3. Le ventre : partie cylindrique.
4. La cuve : tronc de cône évasé vers le bas.
5. Le gueulard
6. Le Blindage métallique
7. Les éléments de refroidissement du blindage métallique.
8. Idem que point 7.
9. La fondation.
10. Le minerais de fer et la fonte.
11. Le coke.
12. L’évacuation des gaz.
13. La tuyère.
Matières premières
Notons que le principe de l’élaboration de la fonte repose sur la
réduction des oxydes de fer par le carbone
Flowsheet
Elaboration de l’acier
C’est a ce stage que nous trouvons la différence entre les deux filières.
Filière fonte avec comme matières première la fonte
Filière de ferraille avec comme matière première les ferrailles
Filière Fonte
 Le principe de l'élaboration de l'acier est l'oxydation des cléments accompagnant le
fer, tels que le carbone, le silicium, le phosphore, la manganèse etc., jusqu'à la teneur
désirée dans l'acier, ainsi que l'élimination des différents oxydes du métal liquide. Ces
éléments sont éliminés soit sous forme de scorie ou de gaz.
Périodes de la marche d’une opération d’obtention de l’acier
 Décarburation
 Déphosphoration
 Désulfuration
 Désoxydation du bain métallique
 Elimination du manganèse et du silicium
Convertisseur Thomas et Bessmer (par soufflage)
Bessmer acide et Thomas basique.
Matière première
 La chaux(Thomas) : joue un rôle très important, il va donner naissance à une scorie
phosphoreuse nécessaire à la déphosphoration du bain métallique.
Les riblons, minerais de fer, calamine : Ils possèdent deux fonctions :
un apport d'oxygène sous forme d'oxyde de (FeO, Fe203, Fe304, MnO, MgO).
Une fonction de refroidissement du bain métallique, afin d'éviter des surélévations de
températures.
 Les ferro-alliages : en général, on utilise le ferro-manganèse destiné à la désoxydation du bain
métallique lors de la coulée.
 Graphite, coke. bois : servent à la recarburation des aciers Thomas, qui sont le plus souvent
des aciers doux.
Procédé LD et LDAC
 Le procédé LD peut traiter uniquement des fontes pauvres en phosphore vu le caractère de
son garnissage qui est basique. Les fontes riches en phosphore sont traitées par les procédés
dérivés de LD tels que le procédé LDAC. La déphosphoration du bain d'oxygène, mélangé avec
de la chaux en poudre ou de la chaux magnésienne avec la présence de MgO, intensifie la
formation de la scorie.
Les principales matières premières sont :
La fonte liquide : 70 à 80 % de charge totale et avec une température de 1200°C. Pour le
procédé LD, la fonte doit être non phosphoreuse (0.18 à 0,19 % de phosphore) et pour le
procédé LDAC, la fonte est phosphoreuse (1,2 a 2,2%) et l’on ajoute parfois 10 % de fonte
solide. La fonte liquide est aussi la principale source de chaleur.
La ferraille : est une source permettant l'apport en fer (20 à 25%). L'utilisation de la
ferraille est aussi avantageuse, car elle contient peu d'inclusions non métalliques.
Les fondants : tels que la chaux, le calcaire, la bauxite, les minerais de fer ont le rôle de :
Former la scorie, régler la composition chimique, refroidir le bain métallique.
Les additions : sont destinées a régler la composition chimique finale de l'acier.
Elles sont utilisées sous forme de ferro-alliages tels que ferre-manganèse,…
Procédé KALDO
C'est une dérivée du convertisseur à oxygène, il a été mis au point par le suédois KALLING en
1956. Il est destiné pour l'affinage des fontes riches en phosphore et permet d'obtenir des aciers
doux à faible teneur en phosphore, en soufre et en azote
Le convertisseur est incliné de 7° par rapport à l'horizontale et est animé d'un mouvement de
rotation autour de son axe avec une vitesse de 30 trs/min
Fours à arc :
Ce sont des fours à résistance, celle-ci étant surtout constituée par le milieu gazeux compris entre
l'électrode et la matière à chauffer.
Les fours à arc font partis des plus importants. On les classe en trois catégories suivant leur mode de
fonctionnement.
Le four Heroult
Principales matières premières du four électrique
La ferraille : La charge se compose essentiellement de la ferraille dont la proportion varie jusqu'à 90 %.
Fonte en gueuse : Elle doit être pauvre en phosphore, sa proportion est de 8 % de la charge totale.
Rebus des aciers : Ils doivent être classés selon leur composition chimique et selon leur utilisation.
Fondants : Leur rôle a été déjà donné dans les procédés précédents. Comme fondants on utilise la castine
et la chaux qui sont destinées pour former la scorie basique.
 La castine contenant plus de 97 % de CaCO3 et de faible quantité de soufre
 La chaux contenant plus de 90 % de CaO et de faible quantité de soufre et d’humidité.
Le sable de quartz : Il est utilisé comme fondant pour former la scorie acide et pour la fluidisation de la
scorie basique ou encore utilisé pendant la période de désoxydation.
La chamotte : Ce sont des déchets de briques réfractaires et spath-fluor (CaF2), utilisé pour la fluidisation
de la scorie.
Le minerai de fer : Il est employé comme oxydant, il doit contenir peu de soufre et de phosphore. Le plus
employé est le Fe2O3.
Les ferro-alliages : Ils sont employés essentiellement pour la désoxydation et le dosage du bain métallique
selon les nuances de l'acier à obtenir.
Procédé Martin
Actuellement il existe deux types du procédé d'affinage dans le four Martin :
Scrap-procédé : Le revêtement du four peut être basique ou acide. Dans ce
procédé, la matière première est constituée essentiellement de la ferraille et de la
fonte liquide ou solide (en gueuse). La proportion de la fonte est de 20 à 40 % de
la charge totale et dont les composants tels que le silicium, le soufre et le
phosphore ne doivent pas dépasser respectivement l %, 0,05 % et 0,015 %.
Procédé à fonte liquide : Le garnissage du four est uniquement basique. La
propagation de la fonte liquide est de 50 à 80 % de la charge totale, le reste est de
la ferraille ou du minerai de fer.
Coulée de l’acier
 Coulée en source
 Coulée directe ou en chute
 Coulée en continue(modèle S)
Traitement thermique
Les traitement thermiques ont pour but de modifier les
caractéristiques des métaux ou alliages. Notamment le
comportement mécanique.
• Trempe
• Recuit
• Revenu
USAGES
Les Industrie Minières ;
Construction métallique ;
Dans les voies ferroviaires.
CONCLUSION
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  • 1. GROUPE N°6 THEME LES ACIERS HADFIELS, LEURS ÉLABORATION, PROPRIÉTÉS ET USAGES
  • 2. PLAN DU TRAVAIL Introduction Propriétés Elaborations et traitements thermiques Usages Conclusion
  • 3. INTRODUCTION L’acier au manganèse a été découvert par sir Robert HADFIELD en 1882 Origine et problématique liés à la découverte
  • 4. PROPRIÉTÉS Les propriétés physiques de l’acier Hadfield en font un matériau particulièrement apte à l’utilisation. Dureté; Paramagnétique; Résistance à la corrosion.
  • 5. Eléments d’addition Lorsqu’on ajoute aux aciers ordinaires un ou plusieurs éléments, on obtient des aciers spéciaux qui sont doués de propriétés particulières. Les éléments qui entrent dans la composition des aciers spéciaux ne sont pas très nombreux, citons:  Nickel  Manganèse  Chrome  Tungstène  Molybdène  Vanadium  Silicium, etc.
  • 6. Modifications apportées par l’addition d’éléments Manganèse • Abaisse les point critiques, retarde les transformations et par conséquent accentue les effet de la trempe • Augmente la saturation du fer par le carbone • Augmente la résistance au choc et à l’usure • L’allongement augmente dès que la teneur devient notable.
  • 7. • Chrome Le Chrome est un élément durcissant, mais diminue la résilience • Silicium Diminue la saturation du fer par le carbone et favorise la décomposition de la cémentite en graphite et ferrite. • Vanadium Augmente le pouvoir trempant du métal( 0,2 à 0,4 %)
  • 9. Pour élaborer l’acier HADFIELD, il est important de savoir qu’on doit passer par l’élaboration de la fonte, de l’acier et enfin de l’acier au HADFIELD. Il y a deux filières qui se présente à nous, et nous allons les exploiter.
  • 10. Filière fonte Elaboration de la fonte Four : Haut fourneau Matières premières ?
  • 11. Description du haut fourneau 1. Le creuset 2. L'étalage : tronc de cône évasé vers le haut. 3. Le ventre : partie cylindrique. 4. La cuve : tronc de cône évasé vers le bas. 5. Le gueulard 6. Le Blindage métallique 7. Les éléments de refroidissement du blindage métallique. 8. Idem que point 7. 9. La fondation. 10. Le minerais de fer et la fonte. 11. Le coke. 12. L’évacuation des gaz. 13. La tuyère.
  • 13. Notons que le principe de l’élaboration de la fonte repose sur la réduction des oxydes de fer par le carbone
  • 15.
  • 16. Elaboration de l’acier C’est a ce stage que nous trouvons la différence entre les deux filières. Filière fonte avec comme matières première la fonte Filière de ferraille avec comme matière première les ferrailles
  • 17. Filière Fonte  Le principe de l'élaboration de l'acier est l'oxydation des cléments accompagnant le fer, tels que le carbone, le silicium, le phosphore, la manganèse etc., jusqu'à la teneur désirée dans l'acier, ainsi que l'élimination des différents oxydes du métal liquide. Ces éléments sont éliminés soit sous forme de scorie ou de gaz.
  • 18. Périodes de la marche d’une opération d’obtention de l’acier  Décarburation  Déphosphoration  Désulfuration  Désoxydation du bain métallique  Elimination du manganèse et du silicium
  • 19.
  • 20. Convertisseur Thomas et Bessmer (par soufflage) Bessmer acide et Thomas basique. Matière première  La chaux(Thomas) : joue un rôle très important, il va donner naissance à une scorie phosphoreuse nécessaire à la déphosphoration du bain métallique. Les riblons, minerais de fer, calamine : Ils possèdent deux fonctions : un apport d'oxygène sous forme d'oxyde de (FeO, Fe203, Fe304, MnO, MgO). Une fonction de refroidissement du bain métallique, afin d'éviter des surélévations de températures.  Les ferro-alliages : en général, on utilise le ferro-manganèse destiné à la désoxydation du bain métallique lors de la coulée.  Graphite, coke. bois : servent à la recarburation des aciers Thomas, qui sont le plus souvent des aciers doux.
  • 21.
  • 22. Procédé LD et LDAC  Le procédé LD peut traiter uniquement des fontes pauvres en phosphore vu le caractère de son garnissage qui est basique. Les fontes riches en phosphore sont traitées par les procédés dérivés de LD tels que le procédé LDAC. La déphosphoration du bain d'oxygène, mélangé avec de la chaux en poudre ou de la chaux magnésienne avec la présence de MgO, intensifie la formation de la scorie.
  • 23. Les principales matières premières sont : La fonte liquide : 70 à 80 % de charge totale et avec une température de 1200°C. Pour le procédé LD, la fonte doit être non phosphoreuse (0.18 à 0,19 % de phosphore) et pour le procédé LDAC, la fonte est phosphoreuse (1,2 a 2,2%) et l’on ajoute parfois 10 % de fonte solide. La fonte liquide est aussi la principale source de chaleur. La ferraille : est une source permettant l'apport en fer (20 à 25%). L'utilisation de la ferraille est aussi avantageuse, car elle contient peu d'inclusions non métalliques. Les fondants : tels que la chaux, le calcaire, la bauxite, les minerais de fer ont le rôle de : Former la scorie, régler la composition chimique, refroidir le bain métallique. Les additions : sont destinées a régler la composition chimique finale de l'acier. Elles sont utilisées sous forme de ferro-alliages tels que ferre-manganèse,…
  • 24.
  • 25. Procédé KALDO C'est une dérivée du convertisseur à oxygène, il a été mis au point par le suédois KALLING en 1956. Il est destiné pour l'affinage des fontes riches en phosphore et permet d'obtenir des aciers doux à faible teneur en phosphore, en soufre et en azote Le convertisseur est incliné de 7° par rapport à l'horizontale et est animé d'un mouvement de rotation autour de son axe avec une vitesse de 30 trs/min
  • 26.
  • 27.
  • 28. Fours à arc : Ce sont des fours à résistance, celle-ci étant surtout constituée par le milieu gazeux compris entre l'électrode et la matière à chauffer. Les fours à arc font partis des plus importants. On les classe en trois catégories suivant leur mode de fonctionnement.
  • 29. Le four Heroult Principales matières premières du four électrique La ferraille : La charge se compose essentiellement de la ferraille dont la proportion varie jusqu'à 90 %. Fonte en gueuse : Elle doit être pauvre en phosphore, sa proportion est de 8 % de la charge totale. Rebus des aciers : Ils doivent être classés selon leur composition chimique et selon leur utilisation. Fondants : Leur rôle a été déjà donné dans les procédés précédents. Comme fondants on utilise la castine et la chaux qui sont destinées pour former la scorie basique.  La castine contenant plus de 97 % de CaCO3 et de faible quantité de soufre  La chaux contenant plus de 90 % de CaO et de faible quantité de soufre et d’humidité. Le sable de quartz : Il est utilisé comme fondant pour former la scorie acide et pour la fluidisation de la scorie basique ou encore utilisé pendant la période de désoxydation. La chamotte : Ce sont des déchets de briques réfractaires et spath-fluor (CaF2), utilisé pour la fluidisation de la scorie. Le minerai de fer : Il est employé comme oxydant, il doit contenir peu de soufre et de phosphore. Le plus employé est le Fe2O3. Les ferro-alliages : Ils sont employés essentiellement pour la désoxydation et le dosage du bain métallique selon les nuances de l'acier à obtenir.
  • 30.
  • 31. Procédé Martin Actuellement il existe deux types du procédé d'affinage dans le four Martin : Scrap-procédé : Le revêtement du four peut être basique ou acide. Dans ce procédé, la matière première est constituée essentiellement de la ferraille et de la fonte liquide ou solide (en gueuse). La proportion de la fonte est de 20 à 40 % de la charge totale et dont les composants tels que le silicium, le soufre et le phosphore ne doivent pas dépasser respectivement l %, 0,05 % et 0,015 %. Procédé à fonte liquide : Le garnissage du four est uniquement basique. La propagation de la fonte liquide est de 50 à 80 % de la charge totale, le reste est de la ferraille ou du minerai de fer.
  • 32.
  • 33. Coulée de l’acier  Coulée en source  Coulée directe ou en chute  Coulée en continue(modèle S)
  • 34.
  • 35. Traitement thermique Les traitement thermiques ont pour but de modifier les caractéristiques des métaux ou alliages. Notamment le comportement mécanique. • Trempe • Recuit • Revenu
  • 36. USAGES Les Industrie Minières ; Construction métallique ; Dans les voies ferroviaires.