FACULTE POLYTECHNIQUE DE MONS

SERVICE DE METALLURGIE

Janvier 2009

2

INTRODUCTION Le Service de Métallurgie est né du regroupement en une seule entité des anciens Services de Métallurgie générale et Sidérurgie, et de Métallurgie physique. Il se compose de deux laboratoires situés respectivement à la rue de l’Epargne (A), qui comprend également les équipes scientifique, technique et administratif, et à la rue du Joncquois (B).

La situation géographique de nos laboratoires (A et B), proches de la Cité estudiantine Pierre Houzeau de Lehaye (C), est précisée sur le plan ci-dessous.

Le Service de Métallurgie participe activement à la formation des futurs Ingénieurs Civils, et plus particulièrement de ceux qui ont opté pour le Master en Chimie – Science des Matériaux. Il effectue également des recherches dans le domaine des matériaux métalliques et aide les entreprises par le biais d’analyses, d’expertises et d’essais effectués sur demande.

3

ACTIVITES DE RECHERCHE Le Service de Métallurgie est associé au Pôle de recherche « Matériaux », qui s’appuie sur les compétences et l’appareillage de deux Centres d’Excellence montois : MATERIA NOVA et le BCRC (Belgian Ceramic Research Centre). Une partie importante de ses activités de recherche est en relation avec les diverses facettes qui entourent les matériaux métalliques, partant de leur élaboration jusqu’à leur caractérisation et leur utilisation. Celles-ci, axées principalement sur les alliages ferreux et non-ferreux, sont en relation avec :

− l’optimisation des procédés ; − la recherche de solutions pour la gestion des co-produits ; − l’amélioration de la qualité des produits coulés, laminés ou obtenus par

métallurgie des poudres ; les traitements thermiques, thermochimiques et thermomécaniques ; les revêtements chimiques ;

− la mise au point de nouvelles nuances d’acier en collaboration avec l’industrie.

Une partie croissante de ses activités concerne également le comportement en service de divers matériaux métalliques (aciers, alliages d’aluminium, de titane, etc.) et leur dégradation suite à diverses sollicitations (mécaniques, de corrosion, etc.), et notamment la mise au point de matériaux nouveaux ou de procédés innovants permettant d’améliorer les propriétés de matériaux métalliques jouant le rôle de substrat. Ces diverses facettes sont développées dans le cadre du Pôle Matériaux à travers les axes suivants :

• métaux et alliages métalliques ; • électrochimie, traitement de surface et corrosion.

Les recherches du Service sont conduites en utilisant du matériel de laboratoire classique ou mis au point par celui-ci. Les collaborations avec MATERIA NOVA et le BCRC (Belgian Ceramic Research Centre) permettent de bénéficier d’un appareillage scientifique et technique performant. Les thèmes de recherches illustrés ci-dessous constituent des exemples de travaux réalisés récemment ou en cours d’exécution.

www.bcrc.be www.materia-nova.com

4

APPLICATIONS

Matières premières – Préparation des charges

Contrôle en continu de la carboxyréactivité des cokes industriels

Test CRI

Test CSR

Mesure à 1100°C de la carboxyréactivité du coke

Caractérisation des pierres calcaires

10 20 30 40 50 60 70 800

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

2 teta

__ Calcaire 564__ Calcaire 565__ Calcaire 566__ Calcaire 567__ Calcaire 568__ CaCO

3

Au MEB (6000X)

Etude de la texture des calcaires par diffraction de rayons X, mesures de masse volumique et porosité, ATG ; vitesse de dissociation du calcaire ; réactivité de la chaux ; texture des chaux par diffraction de rayons X, mesures de masse volumique et porosité, analyses au MEB ; résistance mécanique de la chaux.

5

Aciérie

Caractérisation de scories d’aciers inoxydables

Par au microscope optique (50X)

Au MEB (250X)

Recherche d’une procédure de stabilisation optimale du laitier d’acier inoxydable produit à l’AOD

Influence des éléments résiduels

Trichites à tête de cuivre dans la wüstite.

6

Coulée continue

Modélisation par maquette à eau

Simulation sur maquette à eau du fonctionnement d’un panier répartiteur dans le but obtenir la distribution du temps de résidence du fluide.

Effet de la pose de déviateurs de flux

Optimisation des écoulements d’acier liquide en coulée continue

7

Comportement des poudres de coulée

Contrôle de la qualité des poudres de coulée continue par diffraction de

rayons X et ATG

Aciers inoxydables

Amélioration de la qualité des tôles fortes d’acier inoxydable

Projet First Europe QUALINOX

Structure de solidification d’une brame de 304 LN brute de coulée

Inclusion de silicate de Mn dans un

acier inoxydable duplex

8

Aciers inoxydables

Transformation à chaud des aciers

Transformation structurale d’un duplex à haute température

Installation de dilatométrie

Machine de traction à chaud et de simulation de soudage

Détermination de courbes de forgeabilité en vue d’assurer un laminage correct des demi-produits de coulée

9

Aciers inoxydables et spéciaux

Corrosion sèche des aciers

Four de traitement à haute température (Tmax 1795°C)

Epaisseur de la couche oxydée d’un acier cryogénique (2h - 1200°C)

Mesure interactive par analyse d’images de l’épaisseur de la couche de calamine d’un acier inoxydable austénitique (1200°C, 2heures)

Etude de la corrosion sèche des aciers dans diverses atmosphères. Mise au point de revêtement de protection

10

Aciers spéciaux

Acier à coupe rapide pour cylindre de laminoirs

Optimisation de nuances pour tables de cylindres de laminoirs

Modélisation numérique

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2200

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Fer

rite

Num

ber

(FN

)

Epaisseur de la brame (mm)

AISI 316L profil mesurée profil modélisé

Prévision du contenu ferritique des aciers inoxydables

austénitiques dans une brame de coulée continue.

Modèle aux différences finies et mesures magnétiques

Régression de la teneur en ferrite des aciers inoxydables austénitiques après

traitements thermiques

11

Dépôt de nickel-bore chimique sur divers substrats

Représentation schématique de l’installation expérimentale

Examen du dépôt et contrôle de son adhérence par scratch test (BCRC)

Installation de rugosimétrie 3D pour la caractérisation des dépôts

Mise au point de revêtement de protection sur divers substrats (aluminium,

aciers) en vue de leur assurer une grande résistance à l’usure

12

Dégradation des matériaux - Expertises

Alliage de titane

Prothèse de hanche

Structure α + β d’un alliage Ti-Al6-4V 500X Réactif de Kroll

Tomographie du cotyle (BCRC)

Alliage d’aluminium

Corrosion feuilletante d’un alliage d’aluminium 7075 utilisé en Aéronautique

13

Dégradation des matériaux - Expertises

Galvanisation à chaud

Microstructure d’un acier galvanisé à chaud au trempé

Corrosions généralisée et localisée de deux tubes d’acier galvanisé à chaud au trempé

14

EQUIPEMENTS SPECIFIQUES - AIDE AUX ENTREPRISES.

Le Service de Métallurgie dispose d’appareillages modernes et d’instruments de mesure permettant de caractériser les matières premières et les produits de la métallurgie. Ces moyens sont mis à la disposition des entreprises qui traitent, fabriquent ou utilisent des matériaux. Cette ouverture sur le monde industriel peut prendre des formes diverses telles que contrat de recherche, analyse, essai, activité de guidance, expertise, etc. En ce qui concerne les examens et expertises ponctuels, le Service s’efforce de répondre dans un délai d’une à quelques semaines selon la complexité du problème posé. Les divers équipements et bancs d’essais sont disponibles pour :

− la caractérisation de matériaux divers, − le contrôle des matières premières utilisées pour l’élaboration de la fonte et de l’acier, − l’amélioration des procédés métallurgiques et des produits.

Les recherches sont conduites en utilisant du matériel de laboratoire spécifique à l’étude des matériaux métalliques : bancs métallographiques, DRX, analyse thermogravimétrique et calorimétrique, essais de traction à chaud, fours de traitements thermiques (atmosphère contrôlée ou non, fours sous vide) et de fusion, techniques de caractérisation mécanique (macro et microduretés, essai de traction et de compression, essai Charpy), dilatométrie, analyse d’images, cellules de corrosion (sous contrainte et intergranulaire), simulateur de coulée continue. Les analyses et tests qui suivent peuvent être réalisés par le laboratoire :

− analyse structurale des matériaux par diffraction X, − microscopie optique et analyse d’images (Omnimet Imaging system - BUEHLER), − mesure de la teneur en ferrite des joints soudés d’inox, − expertise métallographique de métaux et d’alliages neufs ou dégradés, − mesure de rugosité de surface 3D, mesures de dureté (macro, micro), − propriétés mécaniques de traction à chaud, simulation de soudure, − fours de traitements thermiques entre 100 et 1700°C (air, atmosphère contrôlée),

autoclave, étuves, − détermination de points de fusion (atmosphère contrôlée), dilatomètre de trempe, − analyses thermiques (ATG et ATD), − mesures de densité et de porosités totale, ouverte, fermée, mesure de surface spécifique

(méthode Blaine), − bouletage de matériaux pulvérulents (minerais et matériaux de recyclage), − réductibilité et gonflement de minerais de fer, agglomérés, pellets, − résistance mécanique à la compression, au tambour (1/4 micum, mini-micum), − dégradation à basse température de ces mêmes matériaux en cours de réduction (test

LTB), − comportement à chaud du coke (tests CRI, CSR), − réactivité de la chaux, − caractérisation de poudres de couverture (minéralogie, granulométrie, comportement à la

fusion, vitesse de fusion, etc.), − optimisation de l’écoulement de l’acier liquide dans les réacteurs métallurgiques, − autres essais sur demande.

15

DIVERS 1) Liste des thèses de doctorat en cours Vitry Véronique : « Etude des traitements thermochimiques applicables aux dépôts de nickel-bore dans le but d’améliorer leurs propriétés mécaniques et tribologiques ». Tshimombo Alexi : « La corrosion sous contrainte des aciers inoxydables ». 2) Liste des projets de recherche financés dans les domaines concernés (Régions,

Communauté française, Etat fédéral, Europe, …) durant les 6 dernières années (2000-2006)

Recherche Région Wallonne Projet WINNOMAT 2 intitulé ACIELEC : « Développement d’un procédé innovant de production d’aciers obtenus par la filière électrique menant à l’amélioration de la ductilité du produit laminé à chaud », en collaboration avec le service Matière et Matériaux de l’ULB (promoteur du projet : Prof. Stéphane Godet). Budget global : 1.099.082 € pour 36 mois. Conventions (n°3320, 3937 et 5359) entre la Région Wallonne et la société Marichal Kétin, en collaboration avec l’Université de Liège (Prof. Lecomte-Beckers). Participation par l’intermédiaire de travaux de fin d’études. (de 1999 à 2007). Convention FIRST EUROPE « Objectif 1 » - Région Wallonne – FPMs – Industeel n°EP1A320501R041F/451728 relative à la « Qualité des aciers inoxydables » (projet « QUALINOX »). (de janvier 2005 à janvier 2007). Bourse FRIA Pour la thèse de doctorat de Mme V. Vitry : « Etude des traitements thermochimiques applicables aux dépôts de nickel-bore dans le but d’améliorer leurs propriétés mécaniques et tribologiques ». 3) Conventions diverses Convention avec la Société UCT Coatings (Floride, USA) d’une durée de deux ans, prenant cours le 1er janvier 2008, et concernant les dépôts chimiques de Ni-B.

16

PUBLICATIONS

DELAUNOIS F., GUERLEMENT G. Study of the Corrosion of Galvanized Steel Tubes Used in Water Distribution Systems, Chimie Nouvelle, numéro special SRC-info 2008, mars 2008, 15-20. VITRY V., DELAUNOIS F., DUMORTIER C. Mechanical properties and scratch test resistance of nickel-boron coated aluminium alloy after heat treatments Surface and Coatings Technology, Surface and Coatings Technology, 202 (2008) 3316–3324. . DELAUNOIS F., GUERLEMENT G. Installations sanitaires ; l’acier galvanisé à chaud au trempé dévoile ses atouts, Galvano-Organo, 771 (Décembre 2007) 26-29. A. D’ALFONSO, M. KOÇAK, J . DUFRANE, C. DUMORTIER. Prediction of ferrite content in continuously cast slabs of austenitic stainless steels. Effect of ferrite on mechanical properties of AISI 304LN stabs. 16th Steelmaking Conference, 6 to 8th November 2007, Rosario, Argentina. VITRY V., DELAUNOIS F. Improvement of hardness and mechanical properties of electroless nickel-boron deposits by thermochemical treatment, Journal of Applied Surface Finishing, Invitation à publier, 2 (2) 106-111 (2007). LECOMTE-BECKERS J., DELAUNOIS F., BREYER J.P., TCHOUFANG TCHUINDJANG J. Metallurgical assessment of two HSS rolls grades for Hot Strip Mill, Communication orale – AISTech 2007 Conference, May 7-10, 2007, Indianapolis, Ind, USA. VITRY V., DELAUNOIS F. Nitridation treatments to improve the hardness and mechanical properties of electroless nickel-boron deposits, Communication poster – Congrès IFHTSE 2006 and SMT 20, 26 septembre 2006, Vienne, Autriche. C. GOBERT, A. D’ALFONSO, F. DELAUNOIS, C. DUMORTIER Oxydation à haute température des aciers inoxydables. Effet de l’état de surface. MATERIAUX 2006 13-17 Novembre 2006 – Dijon, France VITRY V., DELAUNOIS F. Improvement of hardness and mechanical properties of electroless nickel-boron deposits by thermochemical treatment, Sur/Fin 2007, 18-22 septembre 2006, Milwaukee, USA. V. VITRY, F. DELAUNOIS Study of hardness and mechanical properties of electroless nickel-boron coatings on various substrates after thermochemical treatment, Algerian Journal of Advanced Materials, 3 (2006), 111-115. VITRY V., DELAUNOIS F. A study of mechanical and tribological properties of nickel-boron coated aluminium alloys, Communication orale – ASST 2006 : 4th International Symposium on Aluminium Surface Science and Technology, 14-18 mai 2006, Beaune, France. Publié dans « ATB Métallurgie » (numéro spécial) 45 (1-4) (2006) 353-358. V. VITRY, F. DELAUNOIS Study of hardness and mechanical properties of electroless nickel-boron coatings on various substrates after thermochemical treatment, 4ème Congrès International en Sciences et Génie des Matériaux CISGM-4, 2-4 mai 2006, Tlemcen, Algérie. V. VITRY, F. RENAUX, R. GOUTTEBARON, J.-P. DAUCHOT, M. HECQ Preparation and characterisation of gasochromic thin films, Thin Solid Films, 502, 1-2 (2006), 265-269. C. DUMORTIER, Y. RIQUIER, P. LEHERT, F. DELAUNOIS, A. D’ALFONSO Elaboration des métaux : Bases théoriques, exercices et applications informatiques, Editions ACCOU, LEUVEN, novembre 2005, ISBN 2-9600-2263-7 C. DUMORTIER, A. D’ALFONSO, F. DELAUNOIS Characterisation and control of mould fluxes used for the continuous casting of steel, Proceedings 15th IAS Steelmaking Conferences, 8-10 novembre 2005, San Nicolas, Argentine

17

LI L.F., JIANG Z.H., RIQUIER Y. HIGH-TEMPERATURE OXIDATION OF DUPLEX STAINLESS-STEELS IN AIR AND MIXED-GAS OFAIR AND CH4, CORROSION SCIENCE 2005, Vol 47, Iss 1, pp 57-68 Y. RIQUIER, D. LASSANCE, L. LI / J.M. DETRY et A. HILDENBRAND. Comportement du cuivre lors de l’oxydation à chaud des aciers issus de la filière électrique. La Revue de Métallurgie – CIT, janvier 2003, pp. 73 à 82. DELAUNOIS F., LIÉNARD P., PETITJEAN J-P. Autocatalytic electroless nickel-boron plating on aluminium alloys, Aluminium Two Thousand 5th World Congress, 18-22 mars 2003, Rome, Italie A. ARGIANAS, C. DUMORTIER High temperature oxidation of stainless steels. ATB - Metallurgie Volume 42 - N°3-4 - 2002. F. DELAUNOIS, P. LIENARD. Heat treatments for electroless nickel-boron plating on aluminium alloys. Surface and Coatings Technology, 160 (2002), pp. 239-248. DELAUNOIS F. Les dépôts chimiques autocatalytiques de nickel-bore sur alliages d’aluminium, Les nickels chimiques, revêtements anticorrosion et anti-usure, Organisation VOM-PROMOSURF, 20 septembre 2001, Gosselies, Belgique F. DELAUNOIS, J.-P. PETITJEAN, P. LIENARD, M. JACOB-DULIERE Autocatalytic electroless nickel-boron plating on light alloys », Surface and Coatings Technology 124 (2000), 201-209 C. DUMORTIER, P. LEHERT Statistic al Modelling of Mechanical Tensile Properties of Steels by using Neural Networks and Multivariate data analysis. I S I J International, Vol 39 (1999), n°10 C. DUMORTIER, P. LEHERT Statistical Modelling of Mechanical Properties of Microalloyed Steels by Application of Artificial Neural Networks. Material Science Forum, Vols 284-286 (1998), pp393-400 J.J. DUFRANE, C. DUMORTIER, M. NOURICIER, Y. RIQUIER, J. TRENTESEAUX Importance of solidification phenomena for thick stainless or carbon steel plates production. Progress in metal casting, Bruxelles, octobre 1997, pp. 27 à 33 Y. RIQUIER, C. DUMORTIER, V. LAMBERT, Comportement en lingotière des aciers inoxydables austénitiques stabilisés au titane. Matériaux et Techniques 11-12, 1997, pp. 11 à 14. DELAUNOIS F., POULAIN V., PETITJEAN J-P. Le prétraitement au chrome trivalent appliqué aux alliages d'aluminium, Galvano-Organo-Traitement de Surface, mai 1997, N°676, pp. 423-426 DELAUNOIS F., POULAIN V., PETITJEAN J-P. The trivalent chromium pretreatment applied to aluminium 1050, Communication poster - Congrès Eurocorr'96, septembre 1996, Nice, France. Publié dans “MATERIALS SCIENCE FORUM” 242: 213-217 1997. DELAUNOIS F., POULAIN V., PETITJEAN J-P. A pretreatment against localized and filiform corrosion applied to aluminium alloys : the trivalent chromium pretreatment, International Symposium on Aluminium Surface Science and Technology, mai 1997, "Elzenveld", Anvers, Belgique Ph. LEHERT, C. DUMORTIER, P. DONFUT, Statistical methodology applied to prediction of mechanical properties of niobium microalloyed steels produced at Clabecq Steel Plant.Ironmaking and Steelmaking, 1996, vol. 23, n° 1 L. LI, T. WU, Y. RIQUIER Sigma phase precipitation and its effect on the mechanical properties of a super duplex Stainless steel. Materials Science and Engineering, A 174, 1994, pp. 149 à 156.

18

X.G. WANG, C. DUMORTIER, Y. RIQUIER Structural evolution of zeron 100 duplex stainless steel between 500 à 1100°C., Duplex Stainless Steels 91, Beaune, octobre 1991, Vol. 1, pp. 127 à 134. X.G. WANG, C. DUMORTIER, Y. RIQUIER Simulation of solidification process and prediction of delta ferrite distribution in continuously cast austenitic stainless steel slabs. Proceedings of the sixth International Iron & Steel Congress, 1990, Nagoya, pp. 705 à 712.

Ouvrage entrant dans le cadre de la cadre de la formation en 3ème bachelier en Chimie – Science des Matériaux. Novembre 2005. Applications : http://www.metallurgie.fpms.ac.be/download/IME.ZIP

19

par la poste par fax Faculté Polytechnique de Mons 32(0)65 374400 Académie Universitaire Wallonie-Bruxelles Service de Métallurgie Rue de l’Epargne, 56 B-7000 Mons par téléphone et mail Prof. Fabienne Delaunois +32(0)65 374439 fabienne.delaunois@fpms.ac.be

Comment nous contacter ?