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L'acier est défini comme un alliage de fer et de carbone, souvent complété par d'autres éléments, sa teneur en carbone n'excédant guère 2 %. Le fer et le carbone sont toujours les éléments principaux de l'acier, mais d'autres éléments sont utilisés pour produire différentes nuances d'acier, présentant des propriétés matérielles, mécaniques et microstructurales différentes. Les aciers inoxydables , par exemple, contiennent généralement 18 % de chrome et présentent une meilleure résistance à la corrosion et à l'oxydation que l'acier au carbone. L'acier galvanisé est recouvert d'une couche de zinc pour obtenir un effet similaire. Sous pression atmosphérique, les aciers adoptent généralement deux formes cristallines : cubique centrée et cubique à faces centrées ; cependant, selon l'historique thermique et l'alliage, la microstructure peut contenir la phase martensitique déformée ou la phase cémentite riche en carbone , qui sont respectivement tétragonales et orthorhombiques . Dans le cas du fer allié, le renforcement est principalement dû à l'introduction de carbone dans le réseau cristallin du fer, inhibant la déformation sous contrainte mécanique . L'alliage peut également induire des phases supplémentaires qui affectent les propriétés mécaniques. Dans la plupart des cas, les propriétés mécaniques obtenues par ingénierie se font au détriment de la ductilité et de l'allongement du fer pur, qui diminuent avec l'ajout de carbone.
L'acier a été produit dans des bas fourneaux pendant des millénaires, mais son utilisation industrielle à grande échelle n'a débuté qu'après la mise au point de méthodes de production plus efficaces au XVIIe siècle, avec l'introduction du haut fourneau et la production d' acier au creuset . Ce procédé a été suivi par le procédé Bessemer en Angleterre au milieu du XIXe siècle, puis par le four Martin-Siemens . L'invention du procédé Bessemer a marqué le début d'une nouvelle ère de production d'acier en masse . L'acier doux a remplacé le fer forgé . Les États allemands étaient les principaux producteurs d'acier en Europe au XIXe siècle. La production d'acier américaine était concentrée à Pittsburgh , Bethlehem (Pennsylvanie ) et Cleveland ( Ohio) jusqu'à la fin du XXe siècle. Actuellement, la production mondiale d'acier est dominée par la Chine, qui a produit 54 % de l'acier mondial en 2023.
Des perfectionnements ultérieurs du procédé, tels que l'élaboration d'aciers à l'oxygène basique (BOS), ont largement remplacé les méthodes antérieures en réduisant encore les coûts de production et en améliorant la qualité du produit final. Aujourd'hui, plus de 1,6 milliard de tonnes d'acier sont produites chaque année. L'acier moderne est généralement classé selon différentes nuances définies par divers organismes de normalisation . L'industrie sidérurgique moderne est l'une des plus importantes industries manufacturières au monde, mais aussi l'une des plus énergivores et émettrices de gaz à effet de serre , contribuant à hauteur de 8 % aux émissions mondiales . Cependant, l'acier est également très facilement réutilisable : c'est l'un des matériaux les plus recyclés au monde, avec un taux de recyclage de plus de 60 % à l'échelle mondiale .
Le nom acier provient de l' adjectif proto-germanique alliages fer - carbone ). L'acier allié est un acier auquel d'autres éléments d'alliage ont été intentionnellement ajoutés afin d'en modifier les caractéristiques. Parmi les éléments d'alliage courants, on trouve : le manganèse , le nickel , le chrome , le molybdène , le bore , le titane , le vanadium , le tungstène , le cobalt et le niobium . D'autres éléments, souvent considérés comme indésirables, sont également importants dans l'acier : le phosphore , le soufre , le silicium et des traces d' oxygène , d'azote et de cuivre .
Les alliages fer-carbone ordinaires dont la teneur en carbone est supérieure à 2,1 % sont appelés fonte . Grâce aux techniques modernes de fabrication d'acier , comme le formage des poudres métalliques, il est possible de produire des aciers à très haute teneur en carbone (et d'autres alliages), mais ceux-ci restent rares. La fonte n'est pas malléable, même à chaud, mais elle peut être mise en forme par coulée car son point de fusion est inférieur à celui de l'acier et elle présente de bonnes propriétés de coulabilité . Certaines compositions de fonte, tout en conservant les avantages économiques de la fusion et de la coulée, peuvent être traitées thermiquement après coulée pour obtenir des objets en fonte malléable ou en fonte ductile . L'acier se distingue du fer forgé (aujourd'hui largement obsolète), qui peut contenir une faible quantité de carbone A (< 0,1 %) mais une grande quantité de laitier (environ 1 à 2 %).
Production
Lorsqu'on extrait le fer de son minerai avec du coke ou du charbon de bois , on obtient une fonte riche en carbone . Pour devenir de l'acier, il faut la retraiter afin de réduire sa teneur en carbone à la valeur requise, après quoi d'autres éléments peuvent être ajoutés. Ce procédé, appelé affinage, consiste à injecter de l'oxygène dans le fer en fusion pour éliminer l'excès de carbone ; l'oxygène réagit avec le carbone pour former du dioxyde de carbone gazeux.
Historiquement, ce procédé impliquait des essais successifs sur le produit refroidi afin de vérifier la présence de la quantité de carbone nécessaire à l'obtention des propriétés de l'acier. Aujourd'hui, l'analyse chimique permet de déterminer la composition exacte de l'alliage, en complément des essais pratiques de ses propriétés, tels que l'essai de dureté Rockwell , le contrôle par ultrasons , l'essai de résilience Charpy et l'essai de flexion trois points . Autrefois, les aciéries coulaient l'acier brut en lingots , stockés jusqu'à leur utilisation dans les procédés d'affinage ultérieurs aboutissant au produit fini. Dans les installations modernes, le produit initial, proche de la composition finale, est coulé en continu en longues brames, découpé et façonné en barres et en profilés, puis traité thermiquement pour obtenir le produit final. Aujourd'hui, environ 96 % de l'acier est produit par coulée continue, tandis que seulement 4 % est produit sous forme de lingots. Les lingots sont ensuite chauffés dans un four de maintien en température et laminés à chaud en brames, billettes ou blooms . Les brames sont laminées à chaud ou à froid pour obtenir des tôles ou des plaques . Les billettes sont laminées à chaud ou à froid pour obtenir des barres, des tiges et du fil. Les blooms sont laminés à chaud ou à froid pour obtenir des aciers de construction , tels que des poutres en I et des rails . Dans les aciéries modernes, ces procédés se déroulent souvent sur une seule chaîne de production , le minerai entrant et les produits finis en acier en sortant. Parfois, après le laminage final, l'acier subit un traitement thermique pour améliorer sa résistance ; toutefois, ce procédé est relativement rare.
propriétés des matériaux
Origines et production
Le fer se trouve couramment dans la croûte terrestre sous forme de minerai , généralement un oxyde de fer, comme la magnétite ou l'hématite . Il est extrait du minerai de fer par réduction : l'oxygène réagit avec le carbone du combustible pour produire du monoxyde de carbone, qui réduit ensuite l'oxyde de fer en fer métallique. Ce procédé, appelé fusion , a d'abord été appliqué aux métaux à bas point de fusion , comme l'étain ( environ le cuivre ( environ âge du fer . Dans l'Antiquité, de petites quantités de fer étaient fondues à l'état semi-liquide en chauffant à plusieurs reprises le minerai dans un feu de charbon de bois , puis en soudant les morceaux obtenus à l'aide d'un marteau. Ce procédé permettait d'éliminer une grande partie des impuretés et de produire du fer forgé . Grâce aux améliorations apportées aux soufflets , qui augmentaient la circulation de l'air, les fours atteignirent des températures plus élevées, ce qui permit de produire du fer à plus forte teneur en carbone. Contrairement au cuivre et à l'étain, le fer, liquide ou solide, dissout assez facilement le carbone.
Toutes ces températures pouvaient être atteintes grâce aux méthodes anciennes utilisées depuis l' âge du bronze . L'oxydation du fer s'accélérant rapidement au-delà de fonte brute ) contenant trop de carbone pour être qualifié d'acier. L'excès de carbone et les autres impuretés sont éliminés par des traitements ultérieurs.
D'autres matériaux sont souvent ajoutés au mélange fer/carbone pour produire un acier aux propriétés souhaitées. Le nickel et le manganèse augmentent la résistance à la traction et stabilisent la phase austénitique de la solution fer-carbone ; le chrome accroît la dureté et la température de fusion ; et le vanadium augmente également la dureté tout en réduisant la sensibilité à la fatigue du métal .
Pour inhiber la corrosion, on peut ajouter au moins 11 % de chrome à l'acier afin de former une couche d'oxyde dure à sa surface ; on obtient ainsi de l'acier inoxydable . Le tungstène ralentit la formation de cémentite , maintenant le carbone dans la matrice de fer et permettant à la martensite de se former préférentiellement à des vitesses de trempe plus lentes, ce qui donne de l'acier rapide . L'ajout de plomb et de soufre diminue la taille des grains, ce qui rend l'acier plus facile à usiner , mais aussi plus fragile et plus sensible à la corrosion. Ces alliages sont néanmoins fréquemment utilisés pour des composants tels que les écrous, les boulons et les rondelles dans des applications où la ténacité et la résistance à la corrosion ne sont pas primordiales. Cependant, la plupart du temps, les éléments du bloc p, tels que le soufre, l'azote , le phosphore et le plomb, sont considérés comme des contaminants qui rendent l'acier plus fragile et sont donc éliminés lors de la fusion.
Propriétés
La densité de l'acier varie en fonction des constituants d'alliage, mais se situe généralement entre température ambiante , la forme la plus stable du fer pur est la structure cubique centrée (CC) appelée fer alpha ou fer α. C'est un métal relativement mou qui ne peut dissoudre qu'une faible concentration de carbone, pas plus de 0,005 % à ferrite . À 910 °C, le fer pur se transforme en une structure cubique à faces centrées (CFC), appelée fer gamma ou fer γ. L'inclusion de carbone dans le fer gamma est appelée austénite. La structure cubique à faces centrées (CFC) plus ouverte de l'austénite permet de dissoudre une quantité considérablement plus importante de carbone, jusqu'à 2,1 % (38 fois plus que la ferrite) , à austénitique (CFC) du mélange tend à se restructurer en ferrite (CC). Le carbone ne pouvant plus s'intégrer à la structure austénitique CFC, il se retrouve en excès. Une des manières pour le carbone de quitter l'austénite est sa précipitation sous forme de cémentite , laissant derrière lui une phase environnante de fer CC appelée ferrite, contenant un faible pourcentage de carbone en solution. La cémentite et la ferrite précipitent simultanément, formant une structure lamellaire appelée perlite , ainsi nommée pour sa ressemblance avec la nacre . Dans une composition hypereutectoïde (plus de 0,8 % de carbone), le carbone précipite d'abord sous forme de grosses inclusions de cémentite aux joints de grains d'austénite , jusqu'à ce que le pourcentage de carbone dans les grains atteigne la composition eutectoïde (0,8 % de carbone), moment auquel la structure perlitique se forme. Pour les aciers contenant moins de 0,8 % de carbone (hypoeutectoïdes), la ferrite se forme d'abord à l'intérieur des grains jusqu'à ce que la teneur en carbone atteigne 0,8 %, moment auquel la structure perlitique se forme. Aucune inclusion importante de cémentite ne se forme aux joints de grains dans l'acier hypoeutectoïde. Ce qui précède suppose un refroidissement très lent, permettant une migration suffisante du carbone.
Lorsque la vitesse de refroidissement augmente, le carbone a moins de temps pour migrer et former des carbures aux joints de grains, mais la quantité de perlite à structure de plus en plus fine à l'intérieur des grains augmente. De ce fait, les carbures sont plus largement dispersés et empêchent le glissement des défauts au sein de ces grains, ce qui entraîne le durcissement de l'acier. Aux vitesses de refroidissement très élevées produites par la trempe, le carbone n'a pas le temps de migrer et reste piégé dans l'austénite à faces centrées, formant ainsi de la martensite . La martensite est une forme sursaturée de carbone et de fer, fortement déformée et contrainte ; elle est extrêmement dure mais fragile. Selon la teneur en carbone, la phase martensitique adopte différentes structures. En dessous de 0,2 % de carbone, elle présente une structure cristalline cubique centrée (BCC) de type ferrite, tandis qu'à des teneurs en carbone plus élevées, elle adopte une structure tétragonale centrée (BCT). Aucune barrière d'énergie d'activation thermique n'empêche la transformation de l'austénite en martensite. Il n'y a pas de changement de composition ; les atomes conservent donc généralement leurs mêmes voisins.
La martensite a une densité inférieure (elle se dilate lors du refroidissement) à celle de l'austénite, de sorte que la transformation entre elles entraîne une variation de volume. Dans ce cas, une dilatation se produit. Les contraintes internes résultant de cette dilatation se manifestent généralement par une compression des cristaux de martensite et une tension sur la ferrite restante, avec un cisaillement non négligeable sur les deux constituants. Si la trempe est mal effectuée, ces contraintes internes peuvent provoquer la rupture de la pièce lors du refroidissement. À tout le moins, elles induisent un écrouissage interne et d'autres imperfections microscopiques. Il est fréquent que des fissures de trempe se forment lors de la trempe à l'eau de l'acier, même si elles ne sont pas toujours visibles.
Traitement thermique
Le recuit est un procédé qui consiste à chauffer l'acier à une température suffisamment élevée pour relâcher les contraintes internes localisées. Il ne provoque pas un adoucissement général du produit, mais relâche localement les déformations et les contraintes emprisonnées dans le matériau. Le recuit se déroule en trois phases : restauration , recristallisation et croissance des grains . La température requise pour recuire un acier donné dépend du type de recuit souhaité et des éléments d'alliage.
La trempe consiste à chauffer l'acier pour créer la phase austénitique, puis à le tremper dans l'eau ou l'huile . Ce refroidissement rapide engendre une structure martensitique dure mais fragile. L'acier est ensuite revenu, un type de recuit spécialisé, afin de réduire sa fragilité. Dans cette application, le recuit transforme une partie de la martensite en cémentite (ou sphéroïdite) , réduisant ainsi les contraintes internes et les défauts. On obtient alors un acier plus ductile et plus résistant à la rupture.
Histoire
L'acier était connu dans l'Antiquité et était produit dans des bas fourneaux et des creusets .
La plus ancienne production connue d'acier est visible dans des pièces de ferronnerie mises au jour sur un site archéologique d' Anatolie ( Kaman-Kalehöyük ) qui datent de près de 4 000 ans, soit de 1800 av. J.-C.
L’acier Wootz a été développé dans le sud de l’Inde et au Sri Lanka au Ier millénaire avant J.-C. . Au Sri Lanka, les sites de production métallurgique utilisaient des fours à vent actionnés par les vents de mousson, capables de produire de l’acier à haute teneur en carbone. La production à grande échelle d’acier Wootz en Inde , à l’aide de creusets, a débuté au VIe siècle avant J.-C., constituant le précurseur de la production d’acier et de la métallurgie modernes.
L’acier à haute teneur en carbone était produit en Grande-Bretagne , au fort de Broxmouth , de 490 à 375 av. J.-C. , et l’acier à très haute teneur en carbone était produit aux Pays-Bas du IIe au IVe siècle apr. J.-C. L’auteur romain Horace mentionne des armes en acier, comme la falcata, dans la péninsule Ibérique , tandis que l’acier norique était utilisé par l’ armée romaine .
Les Chinois de la période des Royaumes combattants (403-221 av . J.-C.) utilisaient de l'acier trempé , tandis que les Chinois de la dynastie Han (202 av. J.-C. - 220 apr. J.-C.) créaient de l'acier en faisant fondre ensemble du fer forgé avec de la fonte, produisant ainsi un acier à teneur intermédiaire en carbone au Ier siècle apr. J.-C.
Il existe des preuves que l'acier au carbone était fabriqué dans l'ouest de la Tanzanie par les ancêtres du peuple Haya il y a déjà 2 000 ans grâce à un processus complexe de « préchauffage » permettant aux températures à l'intérieur d'un four d'atteindre 1 300 à 1 400 °C.
Wootz et Damas
La fabrication de l'acier wootz et de l'acier de Damas , réputés pour leur durabilité et leur capacité à conserver leur tranchant, pourrait avoir été empruntée aux Perses par les Arabes, qui l'avaient eux-mêmes importée d'Inde. En 327 av. J.-C., Alexandre le Grand fut récompensé par le roi Porus , vaincu, non pas avec de l'or ou de l'argent, mais avec 13,6 kg d'acier. L'alchimiste grec Zosime de Panopolis atteste de l'origine indienne de l'acier wootz, affirmant que « les Indiens fabriquaient des épées de grande qualité en faisant fondre du fer doux dans des creusets ». Une étude récente suggère que sa structure contenait des nanotubes de carbone , ce qui pourrait expliquer certaines de ses qualités légendaires. Toutefois, compte tenu des techniques de l'époque, ces qualités étaient probablement dues au hasard plutôt qu'à une conception délibérée. Le vent était utilisé pour extraire le fer du sol, chauffé au bois. Les anciens Cinghalais parvenaient à extraire une tonne d'acier pour deux tonnes de terre, un exploit remarquable pour l'époque. Un tel four a été découvert à Samanalawewa et les archéologues ont pu y produire de l'acier comme le faisaient les anciens.
L’acier au creuset , obtenu par chauffage et refroidissement lents de fer pur et de carbone (généralement sous forme de charbon de bois) dans un creuset, était produit à Merv entre le IXe et le Xe siècle apr. J.-C. Au XIe siècle, on trouve des traces de production d’acier en Chine sous la dynastie Song , utilisant deux techniques : une méthode dite « berganesque » qui produisait un acier de qualité inférieure et hétérogène, et un précurseur du procédé Bessemer moderne qui utilisait une décarburation partielle par forgeage répété sous un jet d’air froid .
Moderne
Depuis le XVIIe siècle, la première étape de la production d'acier en Europe consiste à fondre le minerai de fer en fonte dans un haut fourneau . Initialement, on utilisait du charbon de bois ; les méthodes modernes emploient du coke , qui s'est avéré plus économique. la fonte brute fabriquée à partir de minerai de fer brut était raffinée dans une forge d'affinage pour produire du fer en barres , qui était ensuite utilisé dans la fabrication de l'acier.
La production d'acier par le procédé de cémentation a été décrite dans un traité publié à Prague en 1574 et était utilisée à Nuremberg à partir de 1601. Un procédé similaire pour le durcissement superficiel des armures et des limes a été décrit dans un livre publié à Naples en 1589. Le procédé a été introduit en Angleterre vers 1614 et utilisé pour produire un tel acier par Sir Basil Brooke à Coalbrookdale au cours des années 1610.
La matière première utilisée pour ce procédé était constituée de barres de fer. Au XVIIe siècle, on s'est aperçu que le meilleur acier provenait du minerai de fer d'une région située au nord de Stockholm , en Suède. Cette source de matière première est restée la plus courante au XIXe siècle, et ce, pendant presque toute la durée d'utilisation du procédé.
L'acier au creuset est un acier fondu dans un creuset plutôt que forgé , ce qui lui confère une plus grande homogénéité. La plupart des fours antérieurs ne pouvaient atteindre les températures suffisamment élevées pour fondre cet acier. L'industrie moderne de l'acier au creuset est née de l'invention de Benjamin Huntsman dans les années 1740. L'acier blister (fabriqué comme décrit ci-dessus) était fondu dans un creuset ou dans un four, puis coulé (généralement) en lingots. 
L'ère moderne de la sidérurgie a débuté avec l'introduction du procédé Henry Bessemer en 1855, dont la matière première était la fonte. Sa méthode lui a permis de produire de l'acier en grandes quantités et à bas coût ; ainsi, l'acier doux s'est imposé pour la plupart des applications auparavant réalisées avec du fer forgé. Le procédé Gilchrist-Thomas (ou procédé Bessemer simplifié ) constituait une amélioration du procédé Bessemer, obtenue par le revêtement du convertisseur avec un matériau basique afin d'éliminer le phosphore.
Un autre procédé de fabrication d'acier du XIXe siècle était le procédé Siemens-Martin , qui complétait le procédé Bessemer, qui consistait à l'origine à cofondre des déchets de fer forgé avec de la fonte brute.
Ces méthodes de production d'acier ont été rendues obsolètes par le procédé Linz-Donawitz de production d'acier à l'oxygène (BOS), mis au point en 1952 , et par d'autres procédés de production d'acier à l'oxygène. La production d'acier à l'oxygène est supérieure aux méthodes précédentes car l'oxygène injecté dans le four limite les impuretés, principalement l'azote, qui provenaient auparavant de l'air utilisé , et parce que, par rapport au procédé Martin-Siemens, la même quantité d'acier est produite en un douzième de temps . Aujourd'hui, les fours à arc électrique (FAE) sont une méthode courante de retraitement des déchets métalliques pour produire de l'acier. Ils peuvent également servir à la conversion de la fonte en acier, mais ils consomment beaucoup d'énergie électrique (environ 440 kWh par tonne) et ne sont donc généralement rentables que lorsque l'électricité est abondante et bon marché
Industrie
L'industrie sidérurgique est souvent considérée comme un indicateur de progrès économique, en raison du rôle crucial que joue l'acier dans le développement des infrastructures et de l'économie en général . En 1980, on comptait plus de 500 000 sidérurgistes aux États-Unis. En 2000, leur nombre était tombé à 224 000.
Le boom économique en Chine et en Inde a entraîné une forte hausse de la demande d'acier. Entre 2000 et 2005, la demande mondiale d'acier a augmenté de 6 %. Depuis 2000, plusieurs entreprises sidérurgiques indiennes et chinoises se sont développées pour répondre à cette demande, comme Tata Steel (qui a racheté le groupe Corus en 2007), le groupe Baosteel et le groupe Shagang . ArcelorMittal est cependant le plus grand producteur d'acier au monde .
En 2005, le British Geological Survey indiquait que la Chine était le premier producteur d'acier au monde, avec environ un tiers de la production mondiale ; le Japon , la Russie et les États-Unis occupaient respectivement les deuxième, troisième et quatrième places, selon cette étude. Fin 2008, l'industrie sidérurgique a connu un net ralentissement, entraînant de nombreuses réductions d'effectifs. La production d'acier contribue de manière significative au changement climatique, représentant environ 7 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre en 2024. Parmi les solutions potentielles pour réduire ces émissions figurent le remplacement des méthodes de production à base de coke par de l'hydrogène, l'augmentation du recyclage de l'acier et l'application des technologies de captage et de stockage du carbone .
Recyclage
Carbone
Les récentes réglementations CAFE ( Corporate Average Fuel Economy ) ont donné naissance à une nouvelle variété d'acier appelée acier à haute résistance (AHSS). Ce matériau, à la fois résistant et ductile, permet aux structures de véhicules de maintenir leur niveau de sécurité actuel tout en utilisant moins de matière. Plusieurs nuances d'AHSS sont disponibles sur le marché, comme l'acier biphasé , qui subit un traitement thermique pour présenter une microstructure ferritique et martensitique, et ainsi obtenir un acier formable à haute résistance. L'acier TRIP (Transformation Induced Plasticity) utilise des alliages et des traitements thermiques spécifiques pour stabiliser la teneur en austénite à température ambiante dans les aciers ferritiques faiblement alliés, normalement dépourvus d'austénite. Sous contrainte, l'austénite subit une transition de phase vers la martensite sans apport de chaleur. L'acier TWIP (Twinning Induced Plasticity) exploite un type de contrainte spécifique pour accroître l'écrouissage de l'alliage.
Les aciers au carbone sont souvent galvanisés , par immersion à chaud ou par électroplacage au zinc, pour les protéger contre la rouille.
Alliage
L’acier inoxydable contient au minimum 11 % de chrome, souvent associé à du nickel, pour résister à la corrosion . Certains aciers inoxydables, comme les aciers inoxydables ferritiques , sont magnétiques , tandis que d’autres, comme les aciers inoxydables austénitiques , ne le sont pas. Les aciers résistants à la corrosion sont désignés par l’abréviation CRES.
Les aciers alliés sont des aciers au carbone auxquels on a ajouté de faibles quantités d'éléments d'alliage comme le chrome et le vanadium. Parmi les aciers plus modernes, on trouve les aciers à outils , alliés à de fortes proportions de tungstène et de cobalt , ou d'autres éléments, afin d'optimiser le durcissement par mise en solution . Ceci permet également le durcissement structural et améliore la résistance à la température de l'alliage. L'acier à outils est généralement utilisé pour les haches, les forets et autres outils nécessitant un tranchant durable. D'autres alliages spécifiques incluent les aciers patinables , tels que le Corten, qui se patinent en acquérant une surface rouillée stable et peuvent donc être utilisés sans peinture. L'acier maraging est allié au nickel et à d'autres éléments, mais contrairement à la plupart des aciers, il contient très peu de carbone (0,01 %). Il en résulte un acier très résistant tout en restant malléable .
L'acier Eglin est un acier relativement bon marché, composé d'une combinaison d'une douzaine d'éléments en proportions variables, utilisé pour la fabrication d'armes anti-bunker . L'acier Hadfield , du nom de Robert Hadfield , ou acier au manganèse, contient 12 à 14 % de manganèse qui, sous l'effet de l'abrasion, s'écrouit pour former une couche superficielle très dure et résistante à l'usure. Cet alliage est notamment utilisé pour les chenilles de chars , les lames de bulldozers et les lames de coupe des pinces de désincarcération .
normes
La plupart des alliages d'acier les plus couramment utilisés sont classés en différentes nuances par les organismes de normalisation. Par exemple, la Society of Automotive Engineers (SAE) définit une série de nuances pour de nombreux types d'acier. L' American Society for Testing and Materials ( ASTM) possède un ensemble de normes distinct qui définissent des alliages tels que l'acier A36 , l'acier de construction le plus couramment utilisé aux États-Unis. La norme JIS définit également une série de nuances d'acier largement utilisées au Japon et dans les pays voisins.
Utilisations
Le fer et l'acier sont largement utilisés dans la construction de routes, de voies ferrées, d'autres infrastructures, d'appareils électroménagers et de bâtiments. La plupart des grandes structures modernes, comme les stades , les gratte-ciel, les ponts et les aéroports, reposent sur une structure en acier. Même les structures en béton utilisent l'acier pour leur armature. On le retrouve fréquemment dans les gros appareils électroménagers et les automobiles . Malgré l'essor de l'aluminium , l'acier demeure le principal matériau utilisé pour les carrosseries automobiles. L'acier entre également dans la composition de nombreux autres matériaux de construction, tels que les boulons, les clous et les vis , ainsi que d'autres produits ménagers et ustensiles de cuisine.
Parmi les autres applications courantes, citons la construction navale , les pipelines , l'exploitation minière , la construction offshore , l'aérospatiale , les appareils électroménagers (par exemple, les machines à laver ), les équipements lourds tels que les bulldozers, le mobilier de bureau, la laine d'acier , les outils , et les blindages sous forme de gilets pare-balles et de casques ou de blindages de véhicules (mieux connus sous le nom de blindage homogène laminé dans ce rôle).
Historique
Avant l’introduction du procédé Bessemer et d’autres techniques de production modernes, l’acier était cher et n’était utilisé que lorsqu’il n’existait aucune alternative moins coûteuse, notamment pour le tranchant des couteaux , des rasoirs , des épées et autres objets nécessitant un tranchant dur et aiguisé. Il était également utilisé pour les ressorts , y compris ceux des horloges et des montres .
Avec l'avènement de méthodes de production plus rapides et moins coûteuses, l'acier est devenu plus facile à obtenir et beaucoup moins cher. Il a remplacé le fer forgé pour de nombreuses applications. Cependant, la disponibilité des matières plastiques dans la seconde moitié du XXe siècle a permis à ces matériaux de se substituer à l'acier dans certaines applications grâce à leur coût de fabrication et leur poids inférieurs. La fibre de carbone remplace l'acier dans les applications de renforcement en raison de son module d'élasticité élevé (jusqu'à 5 fois supérieur à celui de l'acier), mais son coût élevé constitue un frein à son utilisation généralisée dans les transports.
Long
- En tant que barres d’armature et treillis dans le béton armé
- Voies ferrées
- L’acier de construction dans les bâtiments et les ponts modernes
- Fils
- Entrée pour les applications de reforging
Carbone plat
- Gros appareils électroménagers
- Noyaux magnétiques
- L'intérieur et l'extérieur de la carrosserie des automobiles, des trains, et des navires.