Aciers : tout savoir sur l’Acier

Une histoire en Acier

Les premières apparitions de l’acier remontent à l’antiquité. Pendant que les chinois apprenaient à brûler le carbone de la fonte, nos ancêtres les gaulois recarburaient le fer avec les gaz de combustion du charbon de bois, pour en faire des aciers cémentés, il y a près de 2500 ans. Déjà, l’homme industrieux cherchait à réaliser des pièces utiles à ses activités agraires, culinaires, décoratives ou guerrières. La France peut se targuer d’avoir vu naître la sidérurgie moderne, sous l’impulsion de Réaumur, puis Berthollet, Monge et Vandermonde qui publient en 1786 un « Mémoire sur le fer », définissant le fer, la fonte et l’acier en 1786. Depuis 1856, le procédé Bessemer permet d’obtenir directement l’acier à partir de la fonte, avec des proportions de carbone relativement contrôlées. Au début du XXème siècle, c’est encore un ingénieur français, Paul Girod, qui va imaginer les hauts-fourneaux nécessaires à la production fiable d’aciers inoxydables à Ugine, Savoie. Mais ceci est une autre histoire. Il faut en retenir que l’acier est un alliage métallique constitué de fer et d’une infime proportion de carbone, variant entre 0,02% et 2%. L’histoire de sa mise au point réside dans la recherche d’un matériau offrant des propriétés de résilience et de résistance aux sollicitations physiques et chimiques d’objets mécaniques de plus en plus exigeants.

Une composition diversifiée

L’acier résulte donc d’un savant mélange entre le fer et le carbone. Plus il y a de carbone, plus l’acier est dur, et plus son allongement à la rupture est faible. Il se rapproche alors de la fonte. Avec une proportion de carbone plus faible, il devient plus malléable et on parle d’acier doux. Différents éléments chimiques peuvent être ajoutés pour apporter à l’acier diverses propriétés, comme le manganèse, le chrome, le nickel, le molybdène ou le plomb. L’aluminium, le silicium ou le calcium servent d’éléments d’accompagnement au sidérurgiste pour maîtriser ces compositions. Lorsqu’un élément d’addition est fortement présent, on parle d’acier allié et nous renvoyons l’internaute à ces articles sur le site metals-industrie.com. La température de fusion joue aussi un rôle essentiel, car jusqu’à 727°C se produit un mélange de ferrite et de cémentite, alors qu’au-delà de cette température un phénomène appelé austénitisation est généré. L’apport des éléments chimiques, comme la température de fusion, les impuretés éventuellement présentes dans les coulées modifient les caractéristiques de l’acier. Elles sont à prendre en compte pour la conception de la pièce et pour les paramètres d’usinage. Les aciers peuvent être obtenus par fusion, mais aussi par frittage de poudres.

Les caractéristiques de l’Acier

Les caractéristiques, ou qualités principales des aciers sont déterminées par sa résistance à la déformation élastique suivant un module d’élasticité désigné par la lettre E. La résistance à la déformation est mesurée suivant une limite élastique à la rupture Re, la limite de résistance minimale à la rupture s’appelant Rm. La dureté est désignée par la lettre H et la résistance aux chocs, ou résilience s’appelle K. Ces caractéristiques peuvent être modifiées par des traitements thermiques ou thermomécaniques. Ils peuvent bénéficier de trempe et de revenu, ou de cémentation cristallisant leur structure moléculaire, pour leur conférer une dureté supérieure, dans la masse ou en surface. La trempe Haute Fréquence est réservé à des aciers fortement carbonés. Le laminage, le forgeage et autres tréfilages compactent et orientent les grains dans cette structure, impactant aussi l’usage et l’usinage futur. Le coût d’obtention de l’acier est relativement modéré, en raison de l’accessibilité à un minerai de fer abondant et un procédé d’obtention relativement simple. De plus, le nombre de ferrailleurs présents sur notre planète contribue à un recyclage quasi infini de cette matière première. La sidérurgie est aux mains de quelques grands groupes, tandis que la distribution des aciers est très diffuse sur le territoire. En 2016, Arcelor Mittal a produit 42,7 millions de tonnes d’acier en Europe, dont 9,7 millions de tonnes depuis ses hauts-fourneaux français, 1ers producteurs d’acier européen du groupe.

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