Décarburation d'aciers doux : cinétique et mécanismes d'échange de matière, carbone, à l'interface métal-gaz, dans des atmosphères complexes

Decarburization of low-carbon steel : kinetic and mechanism of matter exchange (carbon) at the metal-gaz interface in a complex gas atmosphere

• Auteur / Autrice : Cora Beatriz Bracho-Troconis
• Direction : Michel Lambertin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique Appliquée et Matériaux
• Date : Soutenance en 1990
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Atmosphères contrôlées

Métaux -- Traitement thermique

Recuit des métaux

Acier

Thermogravimétrie

Carbone

Mots clés libres

Décarburation

Aciers doux

Atmosphères complexes

Résumé

L'étude de la décarburation du fer pur (auquel ont été ajoutées différentes quantités de carbone) dans un mélange gazeux complexe N2, CO, CH4, H2, H20 a été réalisée en utilisant la technique de thermogravimétrie. Les conditions expérimentales (valeur du flux gazeux, épaisseur de l'échantillon) ont été choisies de manière à ce que la vitesse de réaction enregistrée corresponde à la seule étape de transfert de carbone à l'interface solide-gaz. Nous avons pu observer tout d'abord que la vitesse de décarburation augmente avec la température et avec la teneur en eau de l'atmosphère. Cette vitesse est systématiquement plus faible lorsque le solide est monophasé (γ) que lorsqu'il est biphasé (α + γ). La teneur en méthane du mélange gazeux ne semble pas affecter la vitesse de la réaction. Par ailleurs, la détermination de l'énergie d'activation expérimentale montre l'existence de deux domaines cinétiques dépendant de la pression partielle d'eau dans le mélange complexe composés de H2-H20-N2 et CH4-H2-H20-N2. En ce qui concerne les mélanges CO-CH4-H2-H20-N2 et CO-H2-H20-N2 l'énergie d'activation diminue progressivement lorsque la pression de vapeur d'eau dans l'atmosphère diminue. Les résultats montrent que quelle que soit l'atmosphère décarburante utilisée, lorsque la teneur en eau est suffisante, la réaction globale de perte de carbone est contrôlée par l'adsorption dissociative de l'eau sur la surface du fer.

The decarburization of low-carbon steel in a complex gas atmosphere (N2, CO, CH4, H2 et H2O) has been studied by thermogravimetric methods. The measurement rates were carried out under conditions (rate of flowing gas, thickness of steel sheet. . . ) such that the rates were not affected by any of the diffusional processes : the interface reactions are rate determining. The results demonstrate that the rate of decarburization increases with temperature of reaction and with water vapor content of the decarburizing gas mixture. The decarburization of y-iron is systematically slower than the decarburization of (α + γ)-iron. Methane content doesn't have any influence on reaction rate. The apparent heat of activation shows two kinetic domains which are function of water vapor content of the complex gas atmosphere. For more than 3 10-4 bar of contents pressure and in complex mixtures compound of H2-H2O-N2 and CH4-H2-H2O-N2, the heat of activation is constant and its value is identical for the one found with y-iron and (α + γ)-iron. This result shows that the step rate controlling is only one wharever the shape of the solid. At low H2O pressure the apparent heat of activation decreases with the water vapor content then the rate of decarburaization of iron must be controlled by several steps. For the complex mixture compound of CO-CH4-H2-H2O-N2 and CO-H2-H2O-N2, the heat of activation decreases with the water vapor content of the decarburization atmosphere. Finally, our results showed that at higher water pressures the global decarburization reaction is controlled by the adsorption-dissociation of water on iron surface.