Tout savoir sur l'acier en tant que matériau de fabrication

L'acier joue un rôle important dans la fabrication des objets. Qu'il s'agisse de grands bâtiments, de voitures ou même de petits outils, la solidité et la longévité de l'acier en font un matériau de choix pour de nombreux emplois. Voyons pourquoi l'acier est si important et comment il contribue à la construction de notre monde.

Pourquoi l'acier domine l'industrie manufacturière

L'acier est le métal le plus utilisé dans le monde. Chaque année, les fabricants produisent environ 1,9 milliard de tonnes d'acier. C'est plus que tous les autres métaux réunis ! Pourquoi utilise-t-on autant d'acier ?

• C'est fort mais peut être façonné facilement
• Il dure longtemps et ne se casse pas facilement
• C'est moins cher que de nombreux autres métaux
• Il peut être recyclé encore et encore

L'acier contribue également à l'économie mondiale - il ajoute environ $2,9 trillions à l'économie mondiale chaque année. Cela représente beaucoup d'emplois et de croissance !

Qu'est-ce que l'acier ? Composition et science

L'acier est essentiellement composé de fer mélangé à une petite quantité d'aluminium. carbone (entre 0,02% et 2,1%). Ce mélange rend le fer beaucoup plus résistant. C'est comme si on ajoutait un peu de chocolat au lait : ça change tout !

Les fabricants d'acier ajoutent également d'autres éléments pour conférer à l'acier des propriétés particulières :

Les scientifiques qualifient l'acier de "métal ferreux"parce qu'il contient du fer. D'autres métaux comme l'aluminium et le cuivre sont "non ferreux" parce qu'ils ne contiennent pas de fer.

Types d'acier et leurs applications

Tous les aciers ne sont pas identiques. Différents types d'acier conviennent mieux à différents travaux :

Acier au carbone

Il s'agit du type le plus courant, qui représente environ 90% de l'ensemble de la production d'acier. Il existe trois types principaux :

• Acier à faible teneur en carbone (acier doux) : Facile à façonner et à souder, utilisé pour les carrosseries de voitures.
• Acier à moyenne teneur en carbone: Plus fort, utilisé pour Usinage CNC de pièces en acier dans les machines
• Acier à haute teneur en carbone: Très dur, utilisé pour les outils de coupe et les ressorts

Acier inoxydable

Cet acier spécial contient au moins 10,5% de chrome, ce qui l'aide à lutter contre la rouille. Il en existe différents types :

• Austénitique: Le plus courant, utilisé pour les éviers de cuisine et les équipements alimentaires.
• Martensitique: Peut être traité thermiquement pour devenir très dur, utilisé pour les couteaux.
• Duplex: Très résistant à la corrosion, utilisé dans des endroits difficiles comme les usines chimiques.

Acier à outils

Ils sont conçus pour couper, façonner et former d'autres matériaux. Ces aciers restent durs même lorsqu'ils sont chauffés par la coupe. Ils sont utilisés pour fabriquer des objets tels que des forets et des poinçons métalliques.

Acier allié

Des éléments spéciaux ont été ajoutés à ces aciers afin de les rendre plus performants pour des tâches spécifiques. Les engrenages automobiles, par exemple, utilisent des aciers alliés contenant du molybdène et du nickel.

La fabrication de l'acier : Processus de production

La fabrication de l'acier s'apparente à une recette de cuisine complexe. Les deux principales méthodes de fabrication de l'acier sont les suivantes :

Haut fourneau - Fabrication d'acier à l'oxygène basique (BF-BOS)

Cette méthode traditionnelle permet de produire environ 70% de l'acier mondial :

1. Le minerai de fer, le charbon et le calcaire entrent dans un haut fourneau.
2. Le mélange est chauffé à environ 1200°F (1200°C).
3. Du fer en fusion en sort
4. Le fer est acheminé vers un four à oxygène de base où l'oxygène est insufflé.
5. Le carbone et les autres substances indésirables sont brûlés
6. D'autres éléments sont ajoutés pour obtenir le bon type d'acier.

Four à arc électrique (EAF)

Cette méthode plus récente utilise principalement de l'acier recyclé :

1. La ferraille d'acier dans une grande marmite
2. D'énormes électrodes créent des arcs électriques (comme la foudre).
3. L'électricité fait fondre l'acier
4. De nouveaux éléments sont ajoutés pour créer le bon type de
5. L'acier est coulé dans des moules

Le four électrique à arc utilise 60% d'énergie en moins que les hauts fourneaux, ce qui est bon pour notre planète. En effet, 90% d'acier sont recyclées, ce qui en fait le matériau le plus recyclé sur Terre.

Propriétés critiques de l'acier

L'acier présente des caractéristiques particulières qui le rendent idéal pour de nombreux travaux :

Propriétés mécaniques

• Résistance à la traction: Force de traction que l'acier peut supporter avant de se rompre. L'acier peut supporter entre 400 et 2 000 MPa (mégapascals), ce qui est beaucoup plus résistant que le bois ou le plastique.
• Ductilité: Le degré d'étirement de l'acier sans qu'il ne se brise. Cela lui permet d'absorber l'énergie.
• Dureté: Mesuré sur l'échelle de Rockwell, il indique dans quelle mesure l'acier résiste aux bosses et aux rayures.

Propriétés fonctionnelles

• Conductivité thermique: L'acier peut transporter la chaleur, mais pas aussi bien que le cuivre ou l'aluminium.
• Magnétisme: La plupart des aciers peuvent être magnétisés, ce qui est utile pour les moteurs et les générateurs.
• Résistance à la corrosion: Certains aciers (comme l'inox) résistent mieux à la rouille que d'autres. L'acier ordinaire peut être galvanisé (recouvert de zinc) pour éviter la rouille.

Normes

La qualité de l'acier est vérifiée à l'aide de normes émanant de groupes tels que l'ASTM (American Society for Testing and Materials), l'ISO (Organisation internationale de normalisation) et l'EN (European Standards). Ces normes permettent de s'assurer que l'acier est adapté à la tâche à accomplir.

Principales applications industrielles

L'acier fonctionne dans tant d'endroits ! Voici les plus grands utilisateurs :

Construction (50% entièrement en acier)

L'acier est utilisé dans les bâtiments, les ponts et les habitations :

• Barres d'armature pour béton (rebar)
• Poutres et colonnes structurelles
• Toiture et bardage

L'acier rend les bâtiments plus résistants aux tremblements de terre et aux tempêtes.

Automobile (12% tout acier)

Les constructeurs automobiles utilisent acier pour l'usinage de précision en :

• Cadres et carrosseries de voitures
• Pièces de moteur
• Engrenages et essieux

De nouveaux aciers à haute résistance permettent d'alléger les voitures tout en les rendant plus sûres.

Aérospatiale

Les avions et les fusées ont besoin d'aciers spéciaux :

• Résiste aux températures élevées et basses
• Ne pas peser trop lourd
• Ne pas se briser sous l'effet d'un stress répété

Industrie de l'énergie

Les éoliennes, les plates-formes pétrolières et les centrales électriques ont besoin d'un acier résistant :

• Résiste aux conditions climatiques difficiles
• Manipuler des forces importantes
• Durée de vie de plusieurs dizaines d'années

Avantages et inconvénients

L'acier présente de nombreux points positifs, mais aussi quelques défis :

Pour

• Longévité: Les structures en acier peuvent durer plus de 100 ans si elles sont bien entretenues
• Adaptabilité: Peut prendre presque n'importe quelle forme
• Rapport coût-efficacité: Moins cher que de nombreux métaux ayant une résistance similaire
• Respect de l'environnement: Peut être recyclé plusieurs fois sans perte de qualité

Cons

• Corrosion: L'acier ordinaire rouille s'il n'est pas protégé par des revêtements
• Consommation d'énergie: La fabrication d'un nouvel acier à partir de minerai consomme beaucoup d'énergie et est polluante.
• Poids: Plus lourd que l'aluminium ou les matériaux composites
• Conducteur thermique: Peut perdre de la chaleur en hiver et en gagner en été

Les innovations qui façonnent l'avenir

L'acier ne cesse de s'améliorer ! Voici quelques nouveautés passionnantes :

Impression 3D avec de l'acier

Les machines peuvent désormais imprimer des pièces d'acier couche par couche. Cela permet de fabriquer :

• Des formes complexes impossibles à réaliser auparavant
• Pièces sur mesure pour l'aérospatiale et les dispositifs médicaux
• Des prototypes plus rapides

Acier vert

De nouvelles méthodes de fabrication de l'acier moins polluantes :

• Utiliser l'hydrogène au lieu du charbon pour éliminer l'oxygène du minerai de fer
• Capter le dioxyde de carbone avant qu'il n'atteigne l'air
• Utiliser davantage d'acier recyclé dans les fours électriques à arc

Le projet HYBRIT de SSAB a permis de réduire les émissions de CO₂ de 90% grâce à l'hydrogène.

Revêtements intelligents

De nouveaux revêtements rendent l'acier encore meilleur :

• Des revêtements auto-cicatrisants qui réparent les petites rayures
• Des surfaces nano-améliorées qui se nettoient toutes seules
• Revêtements qui changent de couleur lorsque l'acier est soumis à des contraintes

FAQ sur l'acier

Conclusion

L'acier reste l'épine dorsale de la fabrication moderne parce qu'il allie résistance, accessibilité et polyvalence mieux que tout autre matériau. Depuis le Fraisage CNC de composants en acier des poutres massives des gratte-ciel, l'acier est présent dans presque tous les domaines de la construction.

En ce qui concerne l'avenir, les innovations en matière de production d'acier "vert" et les technologies de pointe en matière de production d'acier "vert" ont été mises à l'honneur. usinage de l'acier sur mesure aidera ce matériau extraordinaire à devenir encore plus durable tout en conservant sa place en tant que matériau de fabrication le plus important au monde.