Aciers à Durcissement

Les aciers à durcissement sont des aciers destinés à être utilisés dans des applications où des performances mécaniques spécifiques sont attendues, par exemple là où une résistance à l’usure est nécessaire. Une bonne connaissance des métaux est indispensable avant de réaliser un durcissement, les propriétés finales pouvant être très différentes d’un alliage à l’autre en fonction du type de mécanismes mis en jeu.

Durcissement des aciers

Les aciers sont des alliages fer-carbone capables de durcir après une transformation de la structure du fer d’une forme cristalline α en une forme γ (austénitisation) suivie d’une trempe (refroidissement rapide). Ce durcissement, qui ne concerne pas les aciers dits “austénitiques”, est essentiellement conditionné par deux paramètres : la teneur en carbone (dont va dépendre la dureté maximale), et les éléments d’alliage (qui vont impacter la profondeur sur laquelle les aciers vont être durcis). A la suite de ce traitement est réalisé un revenu au terme duquel les aciers auront les propriétés mécaniques désirées. A savoir que les aciers fortement alliés, type aciers à outils, peuvent parfois durcir pendant un revenu, sur une gamme de température bien définie. Les métallurgistes utilisent d’ailleurs cette aptitude pour le travail à chaud. Ce premier mode de durcissement est dit par “transformation martensitique”. Il concerne davantage les aciers et doit être distingué du “durcissement structural” (ou “durcissement par précipitation”) qui s’opère généralement sur des alliages d’aluminium. Dans ce dernier cas, une première phase de mise en solution doit être réalisée avant de faire subir à l’alliage une trempe puis un revenu.

Si les deux grands types de durcissements se ressemblent, ils ne mettent toutefois pas en jeu les mêmes mécanismes. Dans un durcissement par transformation martensitique, la trempe provoque le durcissement et l’étape de revenu permet d’adoucir l’acier. Dans un durcissement structural, la trempe fige la structure cristalline obtenue à haute température. Le durcissement est provoqué par le revenu.

Quelques nuances d’aciers à durcissement et leurs utilisations

NiCr15Fe7TiAl (nuance acier appelée “Inconel X 750″)
Type : alliage nickel-chrome durcissable par précipitation grâce à l’ajout d’aluminium et de titane (durcissement structural)
Principales caractéristiques : résistant à la corrosion et à l’oxydation, résistant à la rupture au fluage jusqu’à environ 700°C
Exemples d’application : cuves sous pression, turbines à gaz, moteurs de fusées

X5CrNiCuNb16-4
Type : acier inoxydable martensitique à durcissement structural par le cuivre
Principales caractéristiques : résistant à la corrosion, propriétés mécaniques élevées
Exemples d’application : vannes et arbres pour l’industrie du pétrole, industrie agroalimentaire

Alliages Maraging
Type : alliage acier martensitique à durcissement structural
Principales caractéristiques : apporte un bon compromis entre souplesse et dureté, bonne ductilité, bonne résistance à la fatigue, longue durée de vie
Exemples d’application : lames de haute qualité pour l’escrime

Alliage 13-8 (nuance acier à base de nickel, chrome, molybdène et aluminium)
Type : alliage acier martensitique à durcissement structural
Principales caractéristiques : très robuste, forte ténacité, bonne ductilité et bonne résistance à la corrosion
Exemples d’application : composants pour l’industrie aéronautique, équipement de moulage par injection

Le marché des Aciers

Les aciers sont cotés au New York Mercantile Exchange (NYMEX), une bourse dédiée à l’énergie et aux métaux, sous forme de contrats à terme, ainsi que sur le London Metal Exchange.
En 2017, le prix d’achat acier a connu une relative stabilité en affichant une valeur avoisinant les 600 USD / tonne. Toutefois, le cours a soudainement pris beaucoup plus de valeur en fin de cette même année. Le prix d’achat des aciers dépassaient ainsi les 800 USD / tonne.
La Chine détient environ la moitié du marché de l’offre et de la demande. Sa croissance économique influence donc grandement le marché des aciers. En fin d’année 2017, la demande mondiale était en hausse mais connait depuis un ralentissement avec une croissance estimée pour 2018 de 1,6%. Ce chiffre s’explique notamment par le ralentissement de la croissance chinoise (environ 766 millions de tonnes d’aciers consommées estimées pour 2018). A cela s’ajoute l’impact de la fermeture de plusieurs installations de production d’acier dans le pays pour raison de vétusté ou d’illégalité.
Face à un marché caractérisé par une certaine instabilité, le negociant a un rôle particulièrement important. Il cible un fabricant détenteur d’un certificat et identifie une période sur laquelle le cours des aciers est au plus bas avant de constituer son stock de semi-produits (tole acier, barre acier, rond acier, tube acier, feuille,…). Il pourra alors redistribuer les matières, frais de livraison acier et de transport inclus, à des prix d’achat acier intéressants.

Quelques normes

NF S94-090 Novembre 2005 « Matériel médico-chirurgical – Matériaux pour instruments de chirurgie – Aciers inoxydables martensitiques, à durcissement par précipitation, austénitiques et austéno-ferritiques »

NF EN 10267 Avril 1998 « Aciers de type ferrite-perlite aptes au durcissement par précipitation à partir des températures de formage à chaud »

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