Combinaison de fer et de carbone, l'acier est un matériau obtenu par transformation. Il peut être élaboré selon deux filières. Ses principales utilisations sont le bâtiment et les ouvrages d'art, les moyens de transport dont l'automobile, la construction mécanique, la chaudronnerie, les emballages.
Le fer est l'élément prédominant entrant dans sa composition. Présent à hauteur de 2% maximum, le second élément caractéristique est le carbone. Enfin, l'acier peut contenir aussi d'autres éléments en faible quantité qui sont soit des impuretés (soufre, phosphore), soit des introductions volontaires (silicium, nickel, chrome, cuivre, manganèse ...) ajustables en fonction des qualités du produit recherché.
En effet, selon
l'usage de destination de l'acier, le produit doit présenter des caractéristiques
physiques, chimiques et mécaniques adaptées. Pour cela, il est possible
de modifier :
- la teneur en carbone, évoluant entre 0,03% et 2% :
moins il y a de carbone, plus l'acier est plastique et malléable ; plus
il y en a, plus l'acier est dur et résistant ;
- les éléments
ajoutés qui permettent d'obtenir des nuances variées, donnant naissance
à deux grandes catégories : les aciers d'usage général
et les aciers fins et spéciaux.
L'acier inoxydable par exemple est
obtenu par l'addition de Fer (75%) + Carbone (traces) + Chrome (17%) + Nickel
(8%).
● 1.2. Processus de fabrication
La fabrication se fait au long d'un processus de transformation en trois étapes. On passe successivement des matières premières à l'acier liquide, puis de l'acier liquide aux demi-produits, et enfin des demi-produits aux produits finis, comme l'indique la figure A-1. Les produits peuvent être forgés, moulés ou fabriqués à partir de poudres d'alliages. Mais c'est surtout le laminage qui est le procédé de mise en forme commun à de nombreux produits.
• Des matières premières à l'acier liquide
Par une succession d'opérations, la première étape sert à combiner les composants chimiques qui vont nuancer les qualités de l'acier en fonction de son utilisation future. Deux procédés sont possibles.
Filière Fonte
= haut fourneau
Préparation du minerai aggloméré
à partir du minerai brut (broyage, criblage, homogénéisation
puis il est chargé avec de la chaux et du coke sur la «chaîne
d'agglomération»).
Élimination des impuretés du
minerai pour libérer le fer pur : on obtient de la fonte et un sous-produit,
le laitier de haut fourneau.
Élimination des éléments
indésirables de la fonte.
Ajustage de la composition chimique de l'acier.
Filière
Ferrailles = four électrique
Préparation (tri, calibrage,
broyage) et stockage des ferrailles provenant de la récupération.
Fondre la matière première.
Ajustage de la composition chimique
de l'acier.
La filière Ferrailles fait l'économie des équipements
lourds de la filière Fonte, elle est aussi plus économe en énergie.
La filière Fonte a une capacité de production supérieure.
1
L'acier : présentation d'un matériau
1.1 Composition
1.2 Processus
de fabrication
•
Des matières premières à
l'acier
liquide
• De l'acier
liquide aux
demi-produits
• Des demi-produits aux
produits finis
2 Les
produits sidérurgiques
3 L'acier dans la construction
4 Recommandations aux maîtres d'ouvrage
• De l'acier liquide aux demi-produits
Une fois élaboré, l'acier est recueilli à l'état liquide puis transporté jusqu'au lieu de coulée. Cette étape assure la solidification de l'acier et l'ébauche des formes. Là aussi, deux procédés existent.
La coulée en lingots, méthode
en régression
Coulage de l'acier dans des moules en fonte pour
solidification.
Après solidification, démoulage des lingots
puis réchauffage.
Transformation par écrasement au laminoir.
Obtention de brames (produits plats) et/ou de blooms (produits longs).
La
coulée continue, procédé récent et prédominant
Coulage de l'acier dans une lingotière de section carrée ou rectangulaire.
Début de solidification par refroidissement brutal puis extraction vers
le bas de la lingotière permettant l'achèvement de la solidification.
Récupération d'une barre solide avant découpage en tronçons
de la longueur désirée.
La coulée continue permet de
supprimer l'étape au laminoir (blooming-slabing). La quantité de
matière est mieux maîtrisée et des gains de productivité
sont générés.
• Des demi-produits aux produits finis
Cette dernière étape consiste principalement à étirer et écraser le métal pour lui donner les formes et dimensions souhaitées : c'est le laminage. Le laminage s'effectue à chaud. Pilotées par ordinateur, les installations modernes sont très complexes et les produits s'y déplacent à des vitesses élevées pouvant aller jusqu'à 360 km/h en sortie pour le fil. A l'issue, les produits finis peuvent faire l'objet d'un parachèvement. Pour une large part des produits plats, l'opération est complétée d'un laminage à froid pour en réduire encore l'épaisseur.
1
L'acier : présentation d'un matériau
1.1 Composition
1.2 Processus
de fabrication
•
Des matières premières à
l'acier
liquide
• De l'acier
liquide aux
demi-produits
• Des demi-produits aux
produits finis
2 Les
produits sidérurgiques
3 L'acier dans la construction
4 Recommandations aux maîtres d'ouvrage