Procédé novateur et économique de production d'acier à teneur moyenne en carbone et à teneur élevée en manganèse
Résumé
L'industrie automobile est constamment en quête de matériaux plus légers, plus résistants et plus économiques en vue de concevoir des véhicules plus sécuritaires et éconergétiques. Au cours des dernières années, l'introduction d'alliages en aluminium et de matériaux composites à base de polymères dans les applications automobiles vient gruger des parts de marché à l'un des secteurs les plus lucratifs de l'industrie sidérurgique. Cette dernière a réagi en commercialisant des aciers avancés à haute résistance, une famille d'aciers à base de manganèse qui présentent une résistance et une ductilité exceptionnelles.
La hausse considérable du recours aux aciers avancés à haute résistance, et la plupart des aciéristes et des analystes s'entendent pour dire que ce n'est qu'une question de temps avant que ceux-ci remplacent les aciers conventionnels dans les applications automobiles. Selon des prévisions d'ArcelorMittal datant de 2014, le recours aux aciers avancés à haute résistance dans les automobiles passera de 10 % à environ 35 % d'ici 2020-20251. McKinsey & Co. prédit que l'utilisation d'aciers conventionnels dans l'industrie automobile chutera de 75 % entre 2010 et 2030, tandis que celle des aciers avancés à haute résistance bondira de 250 %2. Selon une analyse de World Steel Dynamics, les livraisons de feuilles d'acier doux reculeront de 63 % entre 2014 et 2015, tandis que celles des aciers micro-alliés diminueront de 14 %. Les livraisons de feuilles d'aciers avancés à haute résistance grimperont quant à elles de 330 %3.
Malgré des perspectives favorables sur le marché et la popularité de ces nouveaux aciers dans l'industrie, de nombreuses difficultés techniques et financières empêchent leur production commerciale à grande échelle et en font un produit niché. Il est largement reconnu que les aciers avancés à haute résistance à teneur élevée en manganèse posent de grandes difficultés pour le laminage ou le coulage en continu. Ils nécessitent un traitement si précis et complexe que de tout nouveaux procédés de coulage sont parfois mis au point spécialement pour la fabrication de feuilles d'aciers avancés à haute résistance. Par contre, le coût élevé de l'ajout de manganèse aux alliages (généralement sous forme de ferromanganèse à faible teneur en carbone) et le faible taux de récupération du manganèse (qui n'est parfois que de 50 %) rendent difficile la production rentable d'aciers avancés à haute résistance pour l'industrie automobile.
La présente étude propose une approche novatrice de production d'aciers à teneur moyenne et élevée en manganèse qui permet de diminuer le coût de l'ajout de manganèse par injection directe de microboulettes de minerai de manganèse fluxées et réduites au préalable dans le four ou le FP, au lieu d'avoir recours à la méthode d'ajout de ferromanganèse. La réduction préalable à l'aide de H2 et de CO (et potentiellement de CH4) assure la métallisation partielle du manganèse et du fer, tandis que l'injection directe réduit la volatilisation et les émissions et améliore la récupération du manganèse. Par ailleurs, la composition des boulettes réduites au préalable a été optimisée par bilan massique et énergétique, et le procédé fait l'objet de calculs thermodynamiques pour évaluer la faisabilité technique et économique de cette solution technologique.