I. — Les procédés chimiques

<rest aux usines deTerrenoire (Loire), aujourd'hui disparues, que revient l'honneur d'avoir résolu scientifiquement le problème de la réalisation d'aciers coulés sans soufflures.

A. — Quelques mois sur V usine de Terrenoire. — En 1823, M. Frérejean installe à Terrenoire des hauts-fourneaux et une force à l'angolaise.

I/usine passe ensuite par une série de transformations et fait partie de diverses sociétés ; en 18S7, elle appartient à la Compagnie de Terrenoire j La Voulte et Bessèges, compagnie déclarée en faillite en 1888.

Au point de vue des progrès métallurii^iques on ne peut méconnaître que cette usine, appelée longtemps « le laboratoire de la Loire », n'ait rendu des services considérables à l'Industrie; elle a succombé pour des causes tout à fait en dehors de notre sujet.

En 1868, Terrenoire passe avec la compagnie des chemins de fer P.-L.-M. le premier grand marché de rails en acier et construit des fours Martin. L'utilisation des vieilles matières (scrap process) constitue la base des procédés d'élaboration.

En môme temps, des études de premier ordre sont entreprises concernant le rôle des corps étrangers dans les aciers ; certains Inç^énieurs pensent que le phosphore peut être conservé à teneur appréciable si le métal est pauvre en carbone.

Pour ce qui a trait à la fabrication des aciers doux, l'usine de Ter-

132 MÉTALLUBGIB DU PEB

renoire comprend la première, en France, l'utilité de se servir comme réactif dans le bain d'acier de fontes riches en mançanèse.

En 1874, le procédé de fabrication des aciers sans soufflures est mis au [K)int après des essais que nous allons relater. Pour réaliser cette fabrication, nous savons qu'elle pâment à obtenir au haut-foumeau le siliciure de manganèse ou ferro-manganèse silicium^ appelé depuis silico-spiegel.

C'est la fabrication des aciers sans soufflures qui conduit l'usine à prendre l'initiative des études si importantes concernant la trempe et le recuit des aciers n875j. Elle affirme alors un peu témérairement, on doit l'avouer, qu'on peut donner aux aciers toutes leurs qualités sans forgeage^ c'est-à-dire sans travail mécanique de transformation et uniquement à l'aide des opérations calorifiques de la trempe et du recuit.

Signalons enfin l'emploi comme minerai de fer du résidu des pyrites servant à la fabrication de l'acide sulfurique sous forme de briquettes ai^t^lomérées avec de la chaux. Grâce à Tutilisation de cette matière bon marché et à plus de 30 0/0 de fer, l'usine put, malgré la découverte de la déphosphoration, continuer à fabriquer des produits communs (rails, par exemple;. Ces produits ne pouvaient alors être économiquement obtenus que dans les usines de l'Est de la France avec les minerais phosphoreux, ou sur le littoral avec du charbon anglais et des minerais espagnols ou algériens.

Lors de l'exposition de 1889 le travail de la liquidation s'achevait à l'usine de Terrenoire : dix ans auparavant, à l'Exposition de 1878, elle avait présenté une collection de fontes spéciales et de moulages d'acier qui montraient le degré de perfection qu'avait atteint la fabrication, sous l'initiative d'ingénieurs hors de pair.

Ij. — Genèse de la fabrication des aciers sajis soufflures (1). — Il y a déjà longtemps (jue les fabricants d'acier de l'étranger ont pu réaliser les premiers aciers coulés directement sans soufflures, soit en lingots, soit eu moulages.

r — Historique de la fabrication à l'étranger, — Krupp exposait à Paris en 1833, à Londres en 1862 et à Paris encoreen 1867 des lingots et des moulages en acier sans soufflures fondu au creuset. D'autres

(1) Ces renseignements ont été tirés d'un travail fort documenté de M. Ferd. Gautier.

INTRODUCTION A l'ÉTUPE DU TRAVAIL DE l' ACIER 133

usines allemandes, parmi lesquelles la célèbre usine de Bochtim, expcsaienl, en 1833, des cloches en acier assez dur : ces moulaî^es faisaient entrevoir, dès cetleépoque, la substitution probable de l'acier au bronze et à la fonte pour de nombreux usages.

En 1862 iV Londres et en 18G7 à Paris, on voyait, venant des usines allemandes, des roues pleines en acier fonduy moulé et recuit, en piles venues d'un seul jet de coulée etchacune d'un poids de près de 10 tonnes. A chaque Exposition les dimensions des pièces allaient en croissant; en 1867, on pouvait admirer des lingots deiO tonnes d'une remarquable homogénéité.

Mais c'était surtout sur les magnifiques pièces obtenues par voie de moulage que se fixait tout particulièrement l'attention des métallurgistes français, pluttH que sur les lingots sains et homogènes destinés au forîçeage.

Nous savions simplement en France que jusrpi'aux environs de 1863 on produisait ces aciers au creuset exclusivement, avecdes dosages plus ou moins variés, mais où les additions de Spiegeleisen, si abondant en Allemagne, jouaient déjà le principal rôle (Tétaient, en un mot, d'après les suppositions les plus vraisemblîibles, des aciers fondus au manganèse, à doses variables de carbone, moulés tantôt en coquille, tantôt dans des moules en terre.

Dès que vers 1863 et 1866 le \)rocédé Besseniery après 6 à 8 ans de t!\tonnements,fut devenu courant, on apprit que certaines usines avaient obtenu des aciers difficiles à laminer ou marteler, mais donnant de très beaux moulages, très homogènes.

La fabrication des aciers sans soufflures semblait donc un secret possédé presque exclusivement par les usines allemandes.

Il était réservé à la Compagnie de Terrenoire de découvrir les divers artifices de cette importante fabrication, de divulguer la méthode employée et d'aller encore plus loin cpie les usines étrangères dans cette voie féconde de production.

2** — Origine de la fabrication à Terrenoire. — En 1871 les usines françaises et étrangères se préoccupèrent d'assurer la fabrical ion d'obus en fonte dure susceptibles (h^ traverser les placpies de blindage employées pour le cuirassement des navires ou des casemates.

Gruson, dans son usine de Buckau-Maddebonrg, fondait au cubilot

des fontes au bois avec du spiegeleiscn et coulait en coquille à une {em-

pérature aussi basse que possible.

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usines de Terrenoire ; on di^sirait obtenir des fonles^ris clair pour nbus de rupture douées d'une a^rande résistance au choc et susoeplibles ilrprendre, par le refroidissement en coquille, une trempe énergique, l'^n bain de fonte très siliceuse était versé sur la sole d'un four Martin, on y ajoutait des quantités croissantes de chutes de rails d'arier jusqu'à ce qu'on arrivAl à un métal prenanlsiiftisanuni'nl \h In-nipe en raqnilk et doué d'une grande résistance au choc.

Afin de mieux étudier les proportions les plus convenables on prill à des intervalles 1res rapprochés et après la fusion bien nette de c qui!! addition d'acier.des éprnuvetles du métal que l'on cassait pour observer le grain.

Ces éproiivettcs molliraient tant d'abord une siracliire nmijincte t hoimijène ; puis, tout d'un coup, apparaissaient des soufflures dimt l'iwt portaiice augmentait rapideitienl. VanaUjse fit voir, d'une manière iÛ discutable, que l'apparition des soufflures coïncidait avec la diminiilim de la proportion en silicium.

Dans une conlre-expérienre, ime addition de fonte siliceuse fui fiiilf à de l'acipr Bessemer et à de l'acier Martin de nature soufllpuse ; les souftluiTs furent éliminées complètement; l'acier devint compact ri liomogréne. Il n'j' avait plus de doute, le silicium emportait ou ilétriiisait les sonfHures de l'acier.

1^. — Théories proposées. — l.a jurmièn' lln'orie proposai- fut celle de la réaction.

1" — Théorie de la réacliiin. — Dans la Ihéorie de la réaction on siqipose que les çaz des souftlures consistent exclusivement en oxvde de carbone; le silicium réagit sur ce gaz eu s'oxydani à ses déjiens.

a) On croit tout d'abord que CJ> est riiniqiie gaz- des soufflures. — On croyait tout d'abord que les soufflures étaient uniquement remplies de l'oxyde de carbone résultanl de la réaction dominante de l'affinage, à savoir celle du carbone sur les oxydes de fer du bain. Une cxp^*-

INTRODUCriO!! A u'irUDB DU TRAVAIL Dft h'AtlKR

(iife coiiiliiisanl il la m^me conclusion et due ài'illiislre Besxc nier fui oiisuilr acceptée sans discussion et, si l'on lient compte de la liifHnilt»' dVxpf'rimenlerà de pareilles températures, on comprendra coinhien celte opinion s'accràdita aisément.

Au moment de la solidification, le gaz oxyde de carbone primilivement dissous dans le métal y devenait insoluble. I-orsque les soufHures étaient placées dans l'intérieur des lingots sans commiiiiication avec l'airextérieur, elles étaient d'un blanc d'argent; lorsque an contrair.- il it en par quelque lissiire communication avec l'air extérieur, elles orenaient une teinte irisée ou même noire à cause de l'oxyde de fer.

M. Ferd. Gautier explique au Congrès de l'Iron and Steel le rôle du Miliciiim. — Dés lors, si l'on admettait la présence exclusive de CO dans le çaz des souftlures; la disparition de ccllesH^i sons l'action du silirinm paraissait facile à expliquer d'après la réaction suivante :

S;-f 3cn:^S/(>^-f3r:

' passa m

à la s

dép.M de

iilio

Il se formerait de la sili se dissolvant dans l'acier.

Or, de l'aveu même deM. Gautier, celte réaclion est discutable suivant la température à laquelle on opère ; car si l'acier est trèschaud la silice qui tendrait à se former se réduirait au contact du carbone avec production d'oxyde de carbone, le carbure de fer étant un réducleur énergique.

2- — Théorie de la dissoluiiou. — Mais bienlilt des doutes ne tardèrent pas A s'élever sur cette prétendue réaction du silicium sur l'oxyde de carbone, réaction éliminant les souHIures.

M. Hanitel, aux aciéries deVenaili, put extraire de l'iiydroifène des il^z d'un lingot d'acier en voie de solidification. Le professeur Miitlei' de Brandebourij^en perforant sous l'eau et sous le niercun' des lingots souffleux, conslala la proportion relativement faible de CO absorbé par le métal et la présence d'une grande quantité d'hydrogène.

Du moment que la présence de l'oxyde de carbone comme lause des soufflures de l'acier n'était plus solidement établie on accepta l'explication suivante :

Quelle que soit la nature des gaz existant dans les soufflures, celles, ■ià ne peuvent être occasionnées que par le dégagement de ces mêmes

iz, au moment de la solidification. Le silicium amait donc pour e^

:mes ^1

eflet ■

f36 MÉTALLURGIE DU FER

immédial, et sans invoquer de réuclion chimique, de prolonyer celle soUibililé an delà du point de solidification.

Absiraclion faite de la valeur de ces explications, il n'en élait pas moins établi que les industriels étaient en possession d'un résultat pratique absolument certain.

Pour avoir un bain d'acier non souffleux, il suffisait, à la fin del'affinaice, d'ajouter de la fonte siliceuse (fervo-silicium), soit seule, soii accompagnée de spieijel ou de ferro-mamianèse, ou bien d'ajouter du silico-spiegeL Nous renvoyons aux développements antérieurement donnés dans Tétude de l'élaboration des métaux pour ce qui a trait à la pratirfue et à Tusaj^e combiné de ces fontes spéciales en cours de traitement des aciers.

3" — Pourquoi les aciers étrangers ii étaient-ils pas souffleu.r? — A llochum et chez Krupp, nous dit M. Ferd. Gautier, on ajoutait des fontes man^î^anésées et aussi de la fonte siliceuse; cette addition se faisait soit dans les creusets, soit pendant la coulée. C'était là le secret <le la fabrication ; mais ces aciers se cbar*^eaient aussi de silicium pour d'autres raisons.

Le fait d'être produit au creuset donne à Tacier une aptitude particulière à secharsçer de ce métalloïde par la réaction inverse de celle qui, dans la théorie de la réaction, sert à expliquer la disparition des soufllures. Ouand Tacier est très chaud, ce qui est le cas un peu avant la coulée, le carbone de l'acier ay^it comme réducteur sur la silice libre qui se trouve dans la p;\te du creuset selon la réaction :

réaction signalée tout d'abord par MM. Troost et llautefeuille.

La réaction entre le carbone et la silice, cpii donne lieu à la formation de S/ el de (X), n'est pas possible sansune affinité supplémentaire qui (vsl ici la présence? du fer; c'est doiîc, en réalité, le carbure de fer qui est le réducteur; bîijfrapliite, qui entre plus ou moins dans la constitution de la pâte du creuset, ne sendjie pas intervenir.

Le niaiii'afièse ai-it aussi éneruupiement sur la silice, el la réaction:

:mn + 4S/( ) ' = S/ +- :\ ( M//( ), S/( P)

est possible. On savait depuis lont»temps (|u'on ajoutait de l'oxyde de manganèse à la cliarne des creusets, cpie ceux-ci étaient sensiblement

INTRODUCTION A l'ÉTI'DE DU TRAVAIL DE l'ACIKK 137

attaqués avec formation de silicate many^anésifère, mais l'attention ne s'était pas portée sur rincorporation, de ce fait, d'une certaine quantité de silicium dans Tacier.

On voit donc que pour plusieurs raisons les aciers fondus au creuset se cliari^ent plus ou moins de silicium, et quoique ce corps soit utile pour combattre les soufflures, il serait nuisible en quantité plus forte s'il ne se produisait, en même temps par la réaction même qui l'a introduit, un certain départ du carbone en (!(), et par suite, s'il ne se réalisait un adoucissement correspondant de l'acier.

i" — Action de V aluminium. — A vaut d'aborder le rôle de ce nouveau réactif, il est nécessaire d'indiquer comment il fit son a[)parition en sidérurç;-ie.

a). — Historique de la fabrication. — Lesmoulaj^es d'acier doux faits au creuset par addition d'une faible quantité d'aluminium furent prés«»ntés,en I88î>, à Vlron and Steel, à l^ondres, par M. Nordenfeit ; ils riN;urent le nom de mitiSj à cause de leur extrême douceur.

(le n'est que plus tard que l'on apprit le mystère de leur fabrication, par un brevet pris par M. lV/7/d;/s/ra^m, au sujet d'un procédé destiné à rendre le fer et l'acier plus fluides et plus compacts, par l'addition au métal fimdu d'une très faible quantité d'aluminium (moins d'un millième, le plus souvent).

Les aciers NordeufeU obtenus à la fonderie de Cari swick (Stockholm) étaient fabri(|ués au creuset dans des fours chauffés au pétrole: on <*mplovait des riblons de fer de Suède, et c'est au moment de la coulée (|ue se faisait l'addition bienfaisante d'aluminium pur ou de ferroaluminium.

La beauté et la compacité de ces pièces moulées causèrent une vive surprise ; les ini^énieurs métallur^^istes s'empressèrent d'adopter le nouveau procé<lé et retendirent aux fontes de cuivre, de laiton et de nickel.

h). — Explication de M. Osthery de Stockholm, — M. Ostberrj, à l'Association des Mining Ewjineers de Pitlshurf/, chercha à ren<lre conq)te de l'efficacité de l'addition d'un demi-millième d'aluminium, seul ou en alliasi^e avec le fer, par un abaissement du point de fusion du mêlai qui, restant d'une fluidité extrême, remplissait parfaitement les parties les plus délicates des moules.

M. U^debur, professeur de métallur<;fie à Freiberr/, attaqua le premier cette explication, ne jmuvant ailmeltre cpi'une aussi faible rjuantilé

MÉTALLUROIE D

d'aluminiiiiu, Imijours inférieure à un millième, pi1l abaisser «le iOi le poiiil de solidification de l'acier,

li admit que la plus grande fluidité obtenue dans les aciers adS tionnés d'atumînîum lenait uniquement à l'élimination de l'oxyde i fer eu dissolution qui rendait le bain pâteux, avec formation d'aluin

C'est, en somme, la théorie de la réaction.

Pourquoi le dégagemenl de l'hydrogène el dn l'azole resse-t-j! même temps?

Le problème n'a pas encore reçu de solution.

Il faut se contenter d'admettre que l'oxyde étant réduit, le t métallique relient dissous des gaz que précédemment il expulsait.

L'aluminium, une fois oxydé, surnaiç'e et est rejeté dans les scories.""

c). — Pratique de l'addition d'aluminium. — Il faut ajouter l'aluminium quand on est sur le point de procéder à la coulée ; le mieux est de l'introduire directement dans la poche ou dans les linu'otières, de peur qu'une nouvelle oxydation ne suc<^ède à la réduction de l'oxyde de fer s'il était introduit trop tôt.

Les petits morceaux d'aluminium placés dans la poche ou dans Ifl lingotières s'élèvent au travers de l'acier liquide, s'y fondent el s'fl corporent rapidement à la masse en calmant le bouillonnement.

D'après le professeur américain Liiiifletj, les proportions d'alun nium à ajouter pour la réduction intégrale de l'oxyde de fer seraie les suivantes :