Décarburation
La décarburation est le fait de réduire le taux de carbone dans des fontes ou des aciers.
Phénomène
Décarburation de surface
Entre 1 100 et 1 300 °C, en atmosphère oxydante le carbone a tendance à s'échapper de la pièce en acier par les couches superficielles qui deviennent moins riches en carbone que les couches internes :
- le carbone situé en surface réagit avec l'atmosphère (voir le diagramme d'Ellingham), par exemple dans une atmosphère contenant de l'oxygène, on a:
- 2 C(s) + O2 → 2 CO↗, et ;
C(s) + O2 → CO2↗ ;
- 2 C(s) + O2 → 2 CO↗, et ;
- l'oxydation du carbone à la surface et son élimination en phase gazeuse (CO, CO2) crée un gradient de concentration en carbone dissout dans le métal, ce qui « pompe » par diffusion le carbone situé dans la masse en profondeur vers la surface.
La limite d'élasticité Re, la résistance à la rupture Rm et la dureté H diminuent.
La décarburation peut être volontaire : c'est une manière de diminuer la teneur en carbone d'un acier. Cependant, cela concerne les couches superficielles de la pièce. La décarburation peut également être un phénomène « parasite », non recherché, durant des procédés de travail à chaud comme le laminage à chaud ou bien le recuit si la surface de la pièce à traiter entre en contact direct avec l'oxygène atmosphérique (en absence de gaz inerte de protection comme de l'azote ou de l'argon).
Décarburation en phase liquide
La décarburation en phase liquide se fait soit par réaction du carbone dissout avec des granules d'oxyde de fer(II) FeO :
- C + FeO(granule) → CO(bulle) + Fe(liquide)
soit de réaction du carbone avec l'oxygène atmosphèrique (réaction à la surface du bain) ou bien avec de l'oxygène injecté :
- 2 C + O2 (bulle) → 2 CO(bulle)
les deux réactions formant des bulles de monoxyde de carbone CO[1]. L'oxyde de fer peut provenir du laitier, pour la conversion de la fonte en acier. Il peut aussi provenir de la réaction entre le fer et l'oxygène injecté.
L'injection d'oxygène est utilisée soit pour la conversion de la fonte en acier, soit pour l'affinage de l'acier (obtention d'un acier à basse teneur en carbone), dans les procédés industriels AOD (argon oxygen decarburisation), RH-OB (dégazage sous vide par recirculation), VOD/ASV (vacuum oxygen decarburisation, affinage sous vide) ou CAS-OB (composition adjustment by sealed argon bubbling and oxygen blowing)[2].
Opération inverse
On peut à l'inverse vouloir enrichir un alliage de fer en carbone. La cémentation consiste à enrichir la surface d'une pièce en acier en carbone pour pouvoir la durcir par trempe superficielle. Lorsque l'on veut transformer de l'acier de recyclage en fonte, on effectue une carburation en chauffant l'acier par une combustion de coke dans un four nommé cubilot.
Notes et références
Bibliographie
- (en) Jean Philibert et al., Métallurgie, du minerai au matériau, Paris, Dunod, , 1177 p. [détail des éditions] (ISBN 2-10-006313-8)
