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Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. Qu'est-ce que l'acier ? Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 1 Sommaire Le matériau 2 L’acier, un matériau issu de matières premières naturelles L’acier, un matériau à composition ajustable Les grandes familles Les aciers non-alliés pour un usage général Les aciers faiblement alliés, de haute résistance Les aciers fortement alliés à très haute résistance mécanique Les propriétés de l'acier 3 Des produits en acier aux caractéristiques mécaniques et géométriques Les aciers, une composition chimique à l’épreuve de la résistance Introduction à la métallurgie Propriétés mécaniques Les essais, indicateurs des propriétés mécaniques de l’acier Propriétés physiques La fabrication de l'acier 5 L’acier, un matériau multi-usages Les grandes étapes L'acier de la filière fonte L'acier de la filière électrique La coulée La solidification, étape fondamentale dans la fabrication de l’acier Les produits issus de la coulée Fours de réchauffage Dégrossisseurs Finisseurs Trains à barres Trains à fils Le parachèvement Le laminage à froid Le décapage Les cages de laminage Le recuit Produits revêtus Les produits sidérurgiques 29 Les produits plats Les produits longs Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 2 L’acier est le matériau de prédilection de l’architecture durable, créative et technique. Il cumule de multiples avantages pour la construction neuve, la rénovation ou l’évolution des bâtiments. L’acier, un élément évolutif Avec l’acier, toutes les formes, toutes les dimensions sont permises. Les constructions acier sont modulables, libèrent de vastes espaces sans poteaux intermédiaires, sont faciles à entretenir et à réhabiliter et sont évolutives. Le matériau L’acier est un matériau ferreux qui se distingue à la fois du fer et de la fonte. C’est un alliage métallique dont l’élément chimique principal est le fer et dont l’autre élément essentiel est le carbone. L’acier, un matériau issu de matières premières naturelles L’acier est un alliage résultant d’une transformation de matières premières naturelles, tirées du sol ou recyclées. Les conditions matérielles de cette transformation entraînent la présence dans sa composition d’une faible proportion d’autres éléments (phosphore, soufre) considérés comme des impuretés. L’acier, un matériau à composition ajustable Suivant la qualité d’acier que l’on veut obtenir, il est possible d’abaisser le pourcentage de ces impuretés au cours de l’élaboration, ou au contraire de l’augmenter pour obtenir des propriétés particulières. L’acier peut également contenir d’autres éléments issus de son élaboration ou ajoutés volontairement, en vue d’ajuster sa composition chimique, et par conséquent, ses caractéristiques mécaniques. Les aciers ont une teneur en carbone qui peut varier de 0.005 % à 1,5 % en masse, voir exceptionnellement 2 %. Un nombre limité d’aciers au chrome peut avoir une teneur en carbone supérieure à 2%, mais cette valeur de 2% est la teneur limite courante qui sépare l’acier de la fonte. Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 3 Les grandes familles Il existe trois grandes familles d'aciers : les aciers non-alliés, les aciers faiblement alliés et les aciers fortement alliés. Les aciers non-alliés pour un usage général La première famille des aciers non-alliés regroupe les aciers d’usage général utilisés dans le BTP et les aciers non-alliés spéciaux utilisés plutôt dans les outils, les moules ou les pièces mécaniques soudables, malléables ou forgeables. Les aciers faiblement alliés, de haute résistance Les aciers faiblement alliés se caractérisent par leur haute résistance et le fait qu’aucun élément additionnel ne dépasse 5 % en masse. Les aciers fortement alliés à très haute résistance mécanique La troisième famille des aciers fortement alliés se compose d’aciers dont au moins un élément dépasse 5 % en masse et sont réservés à des utilisations très spécifiques nécessitant des caractéristiques particulières comme une très haute résistance mécanique, une très grande résistance à l’usure et à la corrosion, une très faible dilatation et fluage. C’est dans cette famille que l’on retrouve, par exemple, les aciers inoxydables. Les valeurs limites des alliages constituant ces différentes classes d’aciers sont définies par la norme AFNOR NF EN 10020. Les propriétés de l'acier Les propriétés d’un acier varient énormément en fonction de sa composition chimique et du traitement thermomécanique appliqué pendant le processus de fabrication. Ces deux caractéristiques déterminent sa microstructure et les traitements de surface interviennent également dans ses propriétés. Des produits en acier aux caractéristiques mécaniques et géométriques Les produits en acier utilisés en construction métallique présentent deux types de caractéristiques qui interviennent dans les calculs de résistance des matériaux. Il s'agit d'une part des caractéristiques mécaniques intrinsèques, fonction de la nuance de l'acier et d'autre part des caractéristiques géométriques et d'inertie propres au produit et qui dépendent de ses dimensions et de sa géométrie. Les aciers, une composition chimique à l’épreuve de la résistance Les aciers sont également caractérisés par leur composition chimique qui n'intervient pas directement en résistance des matériaux mais qui joue un rôle important notamment en matière de soudabilité et dans le comportement à la corrosion des ouvrages métalliques. Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 4 Introduction à la métallurgie La microstructure d’un acier est déterminée par la composition chimique et le traitement thermomécanique appliqué pendant le processus de fabrication. On distingue trois types d’aciers en fonction de leur teneur en carbone. Tout d’abord les aciers hypoeutectoïdes qui contiennent jusqu’à 0,77 % de carbone et sont malléables. Puis les aciers eutectoïdes à 0,77 % de carbone. Et enfin les aciers hypereutectoïdes supérieurs à 0,77% de carbone. La microstructure d’un acier dépend aussi du traitement thermique qui lui confère des phases. On en distingue trois : inférieure à 912 °C, de 912 à 1394 °C et supérieure à 1394 °C. Propriétés mécaniques Les caractéristiques mécaniques de l’acier qui font l'objet de garanties dans les normes de produit ou qui attestent la conformité d'une fabrication sont déterminées suivant des processus normalisés : les essais. Les essais, indicateurs des propriétés mécaniques de l’acier Les résultats que fournissent les essais sur acier ne sont pas des indications absolues, mais constituent une échelle de valeurs comparatives étroitement liées aux conditions d'exécution de ses essais. Les essais mécaniques sont rarement réalisés sur le produit lui-même (ou la pièce), mais nécessitent le plus souvent le prélèvement d'un échantillon et l'usinage d'éprouvettes. Propriétés physiques Les propriétés physiques de l’acier en font un matériau particulièrement apte à la construction métallique. Par la grande diversité de ses caractéristiques, à chaque emploi peut correspondre un acier (masse volumique, module d’élasticité longitudinal, coefficient de Poisson, coefficient de dilatation, conductivité thermique et résistivité électrique…). Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 5 La fabrication de l'acier Les métaux ferreux sont connus depuis la plus haute antiquité sous la dénomination de « fer ». L’âge du fer sert à désigner le tournant décisif de la civilisation humaine après l’âge de la pierre et l’âge du bronze. Si l’on se place du point de vue de la chronologie historique, on peut dire que la production industrielle de l’acier est relativement récente puisqu’elle remonte à une centaine d’années environ. L’acier, un matériau multi-usages S’il a fallu des millénaires pour aboutir à un stade rudimentaire de fabrication de l’acier, et quelques siècles pour voir naître les premières installations à caractère industriel, c’est en quelques dizaines d’années que se sont créées les nouvelles techniques et les puissantes installations qui conduisent à de meilleures fabrications et à des utilisations toujours plus nombreuses de l’acier. Les grandes étapes La fabrication des aciers se décomposent schématiquement en 6 étapes regroupées en trois parties : la préparation des matières premières, le travail dans l’aciérie et la transformation au laminoir. On distingue deux filières d’approvisionnement de l’aciérie : l’une dite filière fonte, alimentant les hauts fourneaux, et l’autre dite filière électrique, alimentant les fours électriques. L'acier de la filière fonte Les différences fondamentales entre les aciers de la filière fonte et ceux de la filière électrique sont qu’ils sont créés à partir de deux matières premières principales, le minerai de fer et le charbon. La production d’acier liquide, avant coulée, va se faire à partir des hauts fourneaux et de la fonte liquide à 1400°C. Pour réaliser cette fonte, il est nécessaire de préparer les matières premières dans une usine constituée d’une cokerie et d’une usine d’agglomération. La filière fonte est essentiellement mise en œuvre dans ce qu’on appelle les usines intégrées. Le schéma ci-après représente, de façon schématique, la chaîne complète de cette filière depuis l’usine d’agglomération où sont préparées les matières premières jusqu’aux produits finis. Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 6 Ce document est la propriété exclusive de ConstruirAcier, toute reproduction et communication à des fins commerciales est interdite. 7 1- L'usine d'agglomération Les aciers de la filière fonte sont élaborés à partir de deux matières premières principales, le uploads/Industriel/ quest-ce-que-lacier-pdf.pdf