Formation des microstructures et des microségrégations intragranulaires en solidification initiale des aciers au cuivre

Formation of intra-granular microstructures and microsegregations during initial solidification of copper-rich steels

• Auteur / Autrice : Laurent Ladeuille
• Direction : Gérard Lesoult
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et ingénierie des matériaux
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solidification

Microstructure (physique)

Aciers alliés

Résumé

Cette étude porte sur la formation des microstructures intra-granulaires et des microségrégations lors de la solidification des premières centaines de µm en coulée continue d'aciers chargés en cuivre. Deux types d'expériences ont été réalisés pour assurer la solidification d'échantillons en laboratoire dans des conditions thermiques comparables à la formation de la peau en coulée continue : des essais de refusion superficiell par laser, des essais de chute de gouttes d'acier fondu sur un substrat en cuivre, instrumenté avec une photodiode au silicium. Les mesures réalisées avec la photodiode permettent de reconstituter l'évolution des conditions locales (gradient thermique, vitesse du front), lors de la solidification des 500 premiers µm de la zone corticale des gouttes. L'ensemble des expériences montrent qu'essentiellement deux types de microstructures peuvent se former en peau des aciers au cuivre : les cellules et les dendrites. Les microségrégations en cuivre ont été mesurées dans les échantillons refondus par laser et dans la zone corticale des gouttes solidifiées sur le substrat instrumenté. Des essais complémentaires de trempe en cours de solidification dirigée ont été réalisés pour l'interprétation des résultats. Ces expériences mettent en évidence le rôle important joué par la diffusion du cuivre dans le liquide résiduel de la zone pâteuse en régime cellulaire. La diffusion du soluté dans le liquide est à l'origine d'une forte surfusion chimique à la pointe des cellules et contribue à réduire significativement l'amplitude des microségrégations en solidification initiale.

This study deals with the formation of microstructures and microsegregatlons during solidification of the first hundreds of µm by continuous casting of copper-rich steels. Two kinds of experiments were performed to reproduce at the laboratory scale thermal conditions comparable to shell solidification by continuous casting : - laser remelting experiments, - droplets fall experiments using a copper-substrate instrumented with a Si-photodiode. Measurements performed with the photodiode were used to estimate the evolution of the thermal conditions (thermal gradient and solidification rate) during the solidification of the first 500 µm in the droplets. The whole of experiments shows that two different kinds of microstructures can form in the chilI zone of copper-rich steels : cells and dendrites. Copper microsegregations were measured in laser remelted samples and in droplets solidified on the substrate instrumented with the Si-photodiode. Additional experiments were performed with a Bridgman furnace to make easier the interpretation of the results. These experiments bring out the important roIe of copper diffusion in residiual liquid of the mushy zone in case of cellular growth. Solute diffusion in the liquid results in an important undercooling at the cell tip and contributes to reduce significantly the amplitude of microsegregations formed during initial solidification.