L'acier est sans aucun doute l'un des matériaux les plus populaires et les plus utilisés au monde. Il est utilisé dans la construction, l'automobile, la gastronomie et même la médecine. Cependant, l'acier n'est pas égal à l'acier et tous ses types ne conviennent pas aux constructions métalliques ou à la cuisine. De nombreux types de ce matériau ont déjà été créés, chacun d'eux à une fin différente. Vous allez apprendre un peu plus dans cet article sur les types et les utilisations d'acier.
L’acier est sans aucun doute l’un des matériaux les plus populaires et les plus utilisés au monde. Il est utilisé dans la construction, l’automobile, la gastronomie et même la médecine. Cependant, l’acier n’est pas égal à l’acier et tous ses types ne conviennent pas aux constructions métalliques ou à la cuisine. De nombreux types de ce matériau ont déjà été créés, chacun d’eux à une fin différente. Vous allez apprendre un peu plus dans cet article sur les types et les utilisations d’acier.
- Qu’est-ce que l’acier et comment s’élabore-t-il?
- Propriétés physiques et technologiques de l’acier
- Types d’acier?
- Aciers non alliés
- Acier allié
- Classification de l’acier selon son application
- Marquages en acier. Comment identifier le type d’acier?
- Autant de méthodes de fabrication, autant de types d’acier
Qu’est-ce que l’acier et comment s’élabore-t-il?
En dépit de sa popularité, peu de gens savent vraiment en quoi l’acier diffère des autres métaux. Premièrement, il convient de mentionner qu’il s’agit d’un alliage de fer et de carbone, dans des proportions comprises entre 0,02 % et 2 % en masse pour le carbone. Les alliages fer-carbone contenant plus de 2% de carbone constituent les fontes. De plus, la composition de l’acier comprend également d’autres métaux, éléments ou inclusions non métalliques qui peuvent affecter ses propriétés. Nous vous le ferons découvrir dans cet article.
Deux méthodes sont généralement utilisées pour produire l’alliage – un haut fourneau et un four à arc électrique. Dans la première méthode, on utilise du minerai de fer, de coke avec réduction du carbone dans un convertisseur. La fonte est ensuite soumise à l’affinage, c’est-à-dire à une oxydation sélective éliminant les composants indésirables, y compris le laitier. Le mélange est coulé et, par exemple, laminé pour obtenir des produits en acier tels que des barres, des tôles ou des tuyaux. Par contre, dans un four à arc électrique l’acier produit est appelé l’acier de recyclage ou l’acier électrique. Il est fondu à l’aide de l’électricité circulant entre le matériau chargé et les électrodes. En raison de la durabilité élevée de l’acier, la quantité de ferraille pouvant être traitée dans les fours à arc est relativement faible. Cela se traduit par une utilisation plus fréquente de la méthode des hauts fourneaux.
Propriétés physiques et technologiques de l’acier
Comme tout matériau, l’acier se caractérise par ses divers paramètres, importants pour une industrie spécifique. Dans ce chapitre, nous nous concentrerons sur les caractéristiques pertinentes à la construction, car elles contiennent les points les plus importants. Les voici :
- Élasticité – capacité d’un matériau à retrouver sa forme d’origine après qu’il n’est plus soumis à la force provoquant la déformation. La valeur limite d’élasticité est également souvent donnée. Après l’avoir dépassée, le matériau se déforme définitivement et ne reprend pas sa forme antérieure.
- Résistance à la traction – traduit la notion de résistance à la déformation (limite élastique) et la notion de résistance à la rupture en traction.
- Plasticité – préservation d’une forme déformée résultant de l’action d’un étirement . Cette caractéristique représente le point – la notion de limite d’élasticité – à partir duquel la pièce est déformée de manière permanente.
- Ténacité – la capacité d’acier à résister et garder ses propriétés pendant l’emboutissage, le pliage, le redressage et d’autres types de traitement.
- Résistance aux chocs – résistance aux charges dynamiques
- Dureté – la force à laquelle l’acier s’oppose lorsqu’il subit la force des matériaux plus durs que lui.
- Soudabilité – la capacité de créer des connexions permanentes par soudage. Selon la nuance d’alliage, les méthodes MAG, MIG, MIG / MAG et TIG peuvent être utilisées. Sur le marché, vous trouverez de nombreux postes adaptés au soudage de l’acier, y compris les postes à souder de la marque Stamos.
Types d’acier?
La classification de l’acier est due à de nombreux facteurs. L’un des plus importants est la composition chimique. À cet égard, deux principaux types sont distingués: les aciers non alliés et les aciers alliés. Ce qui les différencie, c’est la teneur en adjuvants utilisés pour améliorer ou obtenir de nouvelles propriétés. Une autre division couramment utilisée est l’emploie de l’acier. Ici on distingue, entre autres, aciers de construction, aciers à outils ou aciers spéciaux, y compris résistant à la corrosion.
Aciers non alliés
Les aciers non alliés sont également appelés aciers au carbone. Ils se caractérisent par une valeur minimale de teneur en éléments d’addition. La norme française NF.EN 10.020 contient la concentration massique limite d’ingrédients supplémentaires dans le mélange. Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez les données des réglementations applicables.
| Eléments | Teneurs limites ( pourcentage en masse) |
| Aluminium | < 0,3 |
| Bismuth | < 0,1 |
| Bore | < 0,0008 |
| Chrome | < 0,3 |
| Cobalt | < 0,3 |
| Cuivre | < 0,4 |
| Manganèse | < 1,65 |
| Molybdène | < 0,08 |
| Nickel | < 0,3 |
| Niobium | < 0,06 |
| Plomb | < 0,40 |
| Sélénium | < 0,1 |
| Silicium | < 0,6 |
| Tellure | < 0,1 |
| Titane | < 0,05 |
| Tungstène | < 0,3 |
| Vanadium | < 0,1 |
| Autres (exceptés C, P, S, N) | < 0,05 |
La division suivante des aciers non alliés concerne, entre autres la teneur en carbone. L’élément affecte la dureté globale et la plasticité du matériau. Par conséquent, il est utilisé en différentes quantités pour obtenir l’effet souhaité. Nous distinguons les types comme suit :
- Acier à faible teneur en carbone – aussi appelé acier doux dont la teneur en carbone est jusqu’à environ 0,3%. Il se caractérise par une plasticité et une ductilité élevées, ainsi qu’un traitement facile. Il est utilisé pour créer des éléments qui nécessitent un emboutissage et une mise en forme
- Acier à moyen carbone – un compromis entre résistance et ductilité. En raison de la teneur en carbone de 0,3 à 0,6%, il est plus dur que décrit précédemment, et donc plus difficile à traiter. Toutefois, il peut être renforcé par un durcissement et une trempe à la chaleur. Cet acier est utilisé pour la production des pièces automobiles.
- Acier à haute teneur en carbone – le plus solide de cette division. Une teneur élevée en carbone (jusqu’à 0,6%) affecte la résistance à la coupe et à la flexion de cet alliage. Par conséquent, il est idéal pour la production de ressorts par exemple. Il peut être traité thermiquement pour durcir, cependant, cela augmente la sensibilité à l’écrasement.
Acier allié
Il est parfois indispensable d’utiliser un matériau avec des propriétés spécifiques que l’acier non allié ordinaire n’a pas. A cet effet, lors de la production du matériau, certains éléments sont ajoutés pour obtenir de nouvelles fonctionnalités. C’est ce qu’est l’acier allié. Selon les normes françaises, la teneur en un composant supplémentaire doit être égale ou supérieure à celle contenue dans le tableau avec la concentration massique autorisée. Quels sont les avantages de l’utilisation d’adjuvants?
- La trempabilité de l’acier est augmentée.
- Des propriétés de résistance spécifiques sont obtenues.
- Il y a des changements dans la structure de l’alliage.
- Le traitement thermique devient plus facile et donne de meilleurs résultats.
- L’acier acquiert de nouvelles propriétés chimiques et physiques.
Les paramètres qui seront améliorés avec les adjuvants d’alliage dépendent de l’élément sélectionné. Chacun d’eux donne des propriétés différentes. Il est courant d’utiliser plusieurs éléments complémentaires en même temps pour obtenir des fonctionnalités complètement nouvelles. Voici quelques-uns des éléments les plus couramment utilisés dans la production d’aciers alliés:
- Chrome – améliore la résistance, la dureté et la ténacité du matériau. Dans certains types, par exemple les aciers à outils, il a un effet positif sur la trempabilité. À son tour, dans les aciers inoxydables, il est responsable de la résistance à la corrosion.
- Nickel – donne des propriétés similaires au Cr. De plus, il réduit la température seuil de fragilité. En combinaison avec le chrome et le molybdène, il améliore la trempabilité de l’acier.
- Manganèse – augmente également la dureté et la résistance. En revanche, il réduit la plasticité de l’alliage. Cela augmente la limite élastique et renforce la résistance à l’abrasion.
- Silicium – ajouté à la fonte pour ses propriétés désoxydantes. Augmente la résistance et la dureté.
- Molybdène – utilisé pour augmenter la trempabilité de l’acier. Il réduit également sa fragilité après un traitement élevé.
L’acier allié peut être divisé en fonction de la quantité d’additifs utilisés pour le créer. Il existe trois types:
- Acier faiblement allié – la teneur en additif principal est inférieure à 2% et la somme de tous les adjuvants ne dépasse pas 3,5%.
- Acier moyennement allié – la teneur en additif principal est de 2 à 8% et la somme de tous les adjuvants ne dépasse pas 12%.
- Acier fortement allié – la teneur en additif principal est supérieure à 8% et la somme de tous les adjuvants ne dépasse pas 55%.
Classification de l’acier selon son application
En raison de la large utilisation de l’acier dans diverses industries, il peut être divisé en fonction de l’application. Chaque type a des caractéristiques mécaniques et technologiques différentes qui lui permettent d’effectuer diverses tâches.
L’acier de construction est un exemple de cette division. Comme son nom l’indique, il est utilisé pour réaliser des structures, mais aussi des pièces d’usinage ou pour renforcer d’autres alliages. Il existe plusieurs types d’acier de construction:
- acier de construction à usage général
- acier de construction de qualité
- acier de construction faiblement alliés
- acier de construction de cémentation
- acier de construction pour nitruration
- acier de construction de traitement thermique
- acier de construction à ressort
- acier de construction de décolletage
- acier à roulements
- acier de construction pour tôles de transformateurs
Les aciers à outils sont un autre type répandu. Ils se distinguent par une dureté et une résistance à l’abrasion très élevées. Ils ne se déforment pas même après une longue utilisation et sont insensibles à la surchauffe. Par conséquent, ils sont utilisés dans la fabrication d’outils, d’instruments de mesure et d’autres éléments. La teneur en carbone relativement élevée ainsi que le traitement thermique approprié permettent d’obtenir ces propriétés. La répartition des aciers à outils est la suivante:
- aciers à outils au carbone
- aciers à outils alliés
- pour le travail à froid
- pour le travail à chaud
- acier à coupe rapide
Les aciers spéciaux comprennent des alliages contenant de nombreux éléments supplémentaires. Ils se distinguent par des paramètres très spécifiques et nécessitent un traitement thermique complexe. Souvent, ce groupe comprend ceux qui sont constamment très résistants à des facteurs externes spécifiques. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples d’aciers spéciaux:
- exemples d’aciers spéciaux:
- acier inoxydable
- o acier austénitique
- o acier ferritique
- l’acier martensitique
- l’acier duplex
- acier résistant aux acides
- acier thermorésistant
- acier réfractaire
- acier magnétique
Marquages en acier. Comment identifier le type d’acier?
Si vous n’êtes pas un métallurgiste professionnel et que vous ne pouvez pas déterminer en un coup d’œil avec quel type d’acier vous travaillez, heureusement, vous n’avez pas à vous inquiéter. Afin de faciliter la reconnaissance des différents types d’alliages, des marquages spéciaux se référant à l’utilisation et aux propriétés mécaniques du matériau ont été introduits. Ils se composent de deux symboles principaux et d’au moins un additif. Le premier élément indique à quoi sert l’acier. À cette fin, une lettre majuscule de l’alphabet latin est utilisée. Vous trouverez ci-dessous les désignations pour chaque type d’alliage:
- S – acier qui correspond à un usage général de base ( construction de bâtiment)
- L – acier pour les tubes de conduites
- B – acier pour armatures de béton
- R – acier pour les rails
- Y – acier pour béton précontraint
- P – acier pour usage dans les appareils de pression
- G – acier moulé
Le deuxième symbole est un nombre à trois chiffres indiquant le limite élastique à la traction Re (MPa). Pour la plupart des aciers, on admet les produits d’épaisseur inférieure ou égale à 16 mm. La seule exception concerne les aciers alliés traités thermiquement. Pour eux, cette valeur est au maximum de 5 mm. En acier de construction, la limite élastique à la traction est de 235, 275, 355, 420 ou 460 MPa. Il est à noter que pour les alliages marqués R et Y, le nombre à trois chiffres décrit se réfère à la résistance à la rupture à la traction Rm (MPa).
Le dernier symbole supplémentaire de l’acier de construction dépend de son type. Pour l’acier non allié, deux caractères sont utilisés. Le premier est lié à énergie de rupture (résilience) garantie. énergie de rupture de 24 J/cm² garantie à 20 °C, 0 ° C et -20 ° C, JR, J0 et J2 sont utilisés respectivement. Si la valeur de travail est de 40 J et que la température est la même, alors K (KR, K0, K2) est utilisé au lieu de J. Autrement dit : K : énergie de rupture de 40 J/cm² garantie (KR, KO, K2, …, K6) et L : énergie de rupture de 60 J/cm² garantie (LR, LO, L2, …, L6) ;
Le deuxième symbole supplémentaire est Gn, où n peut être compris entre 1 et 4:
- G1 : non calmé,
- G2 : calmé,
- G3 : acier ayant subi un recuit de normalisation,
- G4 : état de livraison libre, au choix du producteur
Voici les exemples de marquages pour les aciers de construction non alliés: S235J0, S235J2G3, S355K2G3.
Des marquages similaires s’appliquent aux aciers alliés qui sont difficiles à rouiller. La différence est l’utilisation à la fin du marquage W ou WP, qui indique une teneur accrue en phosphore. Exemples: S355J2WP, S355J0W, S355J2G1W, S355K2G1W.
Pour l’acier allié à grain fin, d’autres symboles supplémentaires sont également utilisés. Le premier indique le procédée de fabrication:
- N – acier laminé ou laminage normalisant
- M – acier formage thermomécanique,
- Q – acier trempé et revenu
- A – acier durci par trempe par précipitation
En revanche, le second caractère (L, L1, L2) définit la résistance à la flexion par chocs des alliages avec des marquages supplémentaires N, M, Q. Exemples pour les aciers alliés à grains fins: S275M (ou ML), S355M (ou ML).
Les marquages des aciers inoxydables, résistants aux acides et à la chaleur sont particulièrement intéressants. Il existe de nombreuses normes de symboles différentes pour les nuances de cet alliage dans le monde. Par conséquent, selon l’endroit où vous regardez, vous pouvez rencontrer d’autres caractères identifiant le même type. Par exemple, l’acier austénitique avec la norme française (AFNOR) Z8CNF18-09, en Allemagne porte la désignation X10CrNi18-8. Heureusement, sur le Web, vous trouverez des tableaux accessibles au public des nuances d’acier inoxydable et plus, contenant toutes les données nécessaires pour faciliter leur identification.
Autant de méthodes de fabrication, autant de types d’acier
Bref , on pourrait parler à l’infini de l’acier, de ses nuances, ses propriétés et tous les sujets qui lui sont associés. Surtout qu’avec le développement de la technologie, le nombre de nouveaux types d’alliages augmentera certainement. Heureusement, vous avez déjà les connaissances les plus nécessaires sur l’acier, donc les nouvelles dans ce domaine ne devraient pas vous poser problème.
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