Acier - Définition

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Introduction

Coulée d'un four électrique
Cet article est lié aux
composés du fer et du carbone
  • Fer
  • Carbone
Phases
  • Austénite
  • Bainite
  • Carbure de fer
  • Cémentite
  • Ferrite
  • Graphite
  • Lédéburite
  • Martensite
  • Perlite
Acier
  • Acier Corten
  • Acier duplex
  • Acier électrique
  • Acier inoxydable
  • Acier maraging
  • Acier rapide
  • Désignation normalisée
Autre produits ferreux
  • Fonte
  • Fer puddlé
  • Fer forgé
Cette boîte : voir • disc. • mod.
Câble d’acier (Treuil de mine).
Musée de l’acier, Parc Fundidora, Monterrey, Mexique.

L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.

L’acier est constitué d’au moins deux éléments, majoritairement le fer puis le carbone dans des proportions comprises entre 0,02 % et 1,67 % en masse.

C’est essentiellement la teneur en carbone qui confère à l’alliage les propriétés du métal qu’on appelle « acier ». Il existe d’autres métaux à base de fer qui ne sont pas des aciers comme les fontes et les ferronickels par exemple.

Propriétés des aciers

Les aciers sont élaborés pour résister à des sollicitations mécaniques ou des agressions chimiques ou une combinaison des deux.

Pour résister à ces sollicitations et/ou agressions, des éléments chimiques peuvent être ajoutés en plus du carbone. Ces éléments sont appelés éléments d’additions, les principaux sont le manganèse (Mn), le chrome (Cr), le nickel (Ni), le molybdène (Mo).

Les éléments chimiques présents dans l’acier peuvent être classés en 3 catégories :

  • Les impuretés, originellement présentes dans les ingrédients de haut fourneau qui serviront à produire la fonte qui servira à fabriquer l’acier. Ce sont le soufre (S) et le phosphore (P) présent dans le coke mais aussi le plomb (Pb) et l’étain (Sn) qui peuvent être présents dans les aciers de récupération ainsi que nombre d’autres éléments à bas point de fusion comme l’arsenic (As), l’antimoine (Sb) ;
  • Les éléments d’addition mentionnés plus haut et qui sont ajoutés de manière intentionnelle pour conférer au matériau les propriétés recherchées, et enfin ;
  • Les éléments d’accompagnement que l’aciériste utilise en vue de maîtriser les diverses réactions physico-chimiques nécessaires pour obtenir en final un acier conforme à la spécification. C’est le cas d’éléments comme l’aluminium, le silicium, le calcium.

Histoire de l'acier

Fabrication d’acier au Moyen Âge dans un bas-fourneau.

Depuis l’Âge du fer, on utilisait les bas fourneaux pour produire des massiots composés de fer et d’acier, qui devaient ensuite être travaillés à la main par les forgerons.

On considère souvent Réaumur comme le fondateur de la sidérurgie scientifique moderne. En effet, il réalisa de très nombreuses expériences afin d’améliorer la fabrication de l’acier et publia les résultats de ses observations en 1712.

L’acier est apparu, avec l’évolution de la métallurgie, vers 1786. Cette année-là, trois savants français, Berthollet, Monge et Vandermonde, caractérisèrent trois types de produits obtenus à partir de la coulée des hauts-fourneaux : le fer, la fonte et l’acier. L’acier était alors obtenu à partir du fer, lui-même produit par affinage de la fonte issue du haut-fourneau. L’acier était plus dur que le fer et moins fragile que la fonte.

Au XIXe siècle sont apparues des méthodes de fabrication avec conversion directe de la fonte, avec les convertisseurs Bessemer en 1856 (Henry Bessemer); le procédé Thomas-Gilchrist de déphosphoration de la fonte en 1877 (Sidney Gilchrist Thomas et Percy Carlyle Gilchrist) et la méthode Siemens-Martin. Ces découvertes, permettant la fabrication en masse d’un acier de « qualité » (pour l’époque), participent à la Révolution industrielle. Enfin, vers la seconde moitié du XIXe siècle, Dmitry Chernov découvre les transformations polymorphes de l’acier et établit le diagramme binaire fer/carbone, faisant passer la métallurgie de l’état d’artisanat à celui de science.

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